Неврологи и тканевые инженеры из Университета Лимерика в Ирландии (University of Limerick) представили новый биополимерный каркас, который способствует восстановлению клеток спинного мозга. Новый материал оказался очень перспективным в лечении травм спинного мозга. Данные исследования опубликованы в Biomaterials Research.
Миграция аксонов к месту поражения (зеленый NF200) и понижение реактивности астроцитов вокруг границы повреждения (красный GFAP). Репрезентативные иммунофлюоресцентные изображения среза ткани травмированного спинного мозга крысы, которым имплантировали PEDOT x1 из gel:HA:PEDOT-NPs. Credit: University of Limerick (UL)
Травма спинного мозга (ТСМ) — это повреждение спинного мозга, которое вызывает временные или постоянные изменения в его функции. Последствиями ТСМ могут стать анемии и параличи ниже уровня травмы. В настоящее время нет широко доступного лечения, поэтому исследования в этой области не прекращаются.
При восстановлении спинного мозга после повреждения формируется не совсем благоприятная среда, котораяпрепятствует регенерации нейронных путей. Электропроводящие каркасы оказались эффективным средством, улучшающим регенерацию нервной ткани, но они обладают низкой биофункциональностью и биосовместимостью, что ограничивает их повсеместное использование в области тканевой инженерии.
«Сфера тканевой инженерии направлена на решение глобальной проблемы, заключающейся в нехватке донорских органов и тканей. И здесь появилось новое направление — проводящие биоматериалы. Ее суть заключается в том, что на проводящие клетки в организме – сердечные и нервные – влияет электрическая стимуляция», — объясняет профессор Морис Коллинз (Maurice N Collins), доцент Инженерной школы, руководитель исследования.
В своем эксперименте команда Университета Лимерика в Ирландии использовала новый вид каркасов из электропроводящего полимерного композита, который содействует росту и образованию новых тканей, что способствует лечению травм спинного мозга.
Схема синтеза каркаса из gel:HA:PEDOT-NPs. Credit: University of Limerick (UL)
Ученые синтезировали методом химической окислительной полимеризации наночастицы PEDOT (NPs). Затем их поместили в специальный водный раствор (очень долгая и кропотливая технология с огромным количеством шагов), очистили, добавили к желатину и заморозили в формах по особой технологии при разных температурах, вплоть до -80°C. Таким образом инженеры смогли получить каркас для имплантатов. Для контрольной группы имплантаты были приготовлены с использованием дистиллированной воды, без каркаса из раствора с наночастицами.
Схема вживления имплантата с наночастицами в спинной мозг крысы для оценки in vivo. Credit: University of Limerick (UL)
Ученые провели полное исследование структуры, свойств и функциональных возможностей как при помощи метода in vitro, так и in vivo. Во время испытаний in vitro мезенхимальные стволовые клетки (МСК) высеивались на полученные каркасы и окрашивались флуоресцентной краской, чтобы визуализировать результаты.
Для испытаний in vivo самцов крыс Фишера 344 подвергали глубокой анестезии и вживляли каркас в спинной мозг. Контрольная группа крыс также подвергалась процедурам ТСМ и восстановливалась после этого, но без применения каркасных имплантов. На протяжении всего эксперимента соблюдались все рекомендации по уходу и безопасности лабораторных животных.
В ходе множества проверок и тестов ученым удалось добиться большого прогресса в области восстановления тканей спинного мозга. Наблюдалось отличное прикрепление стволовых клеток и рост на каркасе. Согласно исследованию, тестирование показало бОльшую миграцию аксонов к месту повреждения спинного мозга, а также снижение уровня рубцевания и воспаления.
«Влияние, которое оказывает травма спинного мозга на жизнь пациента, не только физическое, но и психологическое. Поскольку оно может серьезно повлиять на психическое здоровье пациента, это приводит к увеличению случаев депрессии, стресса или тревоги», — пояснила Александра Серафин (Aleksandra Serafin), кандидат наук в Университете Лимерика, соавтор исследования.
Лечение травм позвоночника позволит пациентам не только снова ходить или двигаться, но и жить полной жизнью, что делает такие проекты, как этот, жизненно важными для исследовательских и медицинских сообществ. Научная группа планирует дальнейшие исследования в этой области.
Текст: Александра Безродная
Electroconductive PEDOT nanoparticle integrated scaffolds for spinal cord tissue repair by Aleksandra Serafin at al. in Biomaterials Research. Published November 2022.
DOI: 10.1186/s40824-022-00310-5
Материал подготовлен в рамках совместного проекта с инфраструктурным центром «Нейронет». В нем мы освещаем мировые достижения в области нейротехнологий, нейроразвлечений и спорта, а также нейрообразования.
