Уникальный новый материал, разработанный в Университете Лимерика в Ирландии, продемонстрировал значительные перспективы в лечении травм спинного мозга.
Совершенно новое исследование, проведенное в Бернальском институте UL, опубликовано в ведущем мировом журнале. Исследования биоматериалов – добился впечатляющих успехов в области восстановления тканей спинного мозга.
По словам исследователей, новые гибридные биоматериалы, разработанные в UL в форме наночастиц и основанные на существующей практике в области тканевой инженерии, были успешно синтезированы для обеспечения восстановления и регенерации после травмы спинного мозга.
Команда UL под руководством профессора Мориса Н. Коллинза, доцента инженерной школы UL, и ведущего автора Александры Серафин, кандидата наук UL, использовала новый тип каркасного материала и уникальный новый электропроводящий полимерный композит для стимулирования роста новых тканей. и поколение, которое могло бы улучшить лечение травм спинного мозга.
Травма спинного мозга остается одной из самых изнурительных травм, которые человек может получить в течение жизни, затрагивая все аспекты жизни человека.
Изнурительное расстройство приводит к параличу ниже уровня травмы, и только в США ежегодные расходы на лечение пациентов с ТСМ составляют 9,7 миллиарда долларов. Поскольку в настоящее время не существует широко доступного лечения, непрерывные исследования в этой области имеют решающее значение для поиска лечения, улучшающего качество жизни пациента, при этом область исследований обращается к тканевой инженерии для разработки новых стратегий лечения.
Область тканевой инженерии направлена на решение глобальной проблемы нехватки донорских органов и тканей, в которой появилось новое направление в виде проводящих биоматериалов. Клетки тела подвергаются воздействию электрической стимуляции, особенно клетки проводящей природы, такие как сердечные или нервные клетки».
Профессор Морис Н. Коллинз, доцент Инженерной школы UL
Исследовательская группа описывает растущий интерес к использованию каркасов из электропроводящих тканей, который возник из-за улучшенного роста и пролиферации клеток, когда клетки подвергаются воздействию проводящего каркаса.
«Повышение проводимости биоматериалов для разработки таких стратегий лечения обычно сосредоточено на добавлении проводящих компонентов, таких как углеродные нанотрубки или проводящие полимеры, такие как PEDOT:PSS, который представляет собой коммерчески доступный проводящий полимер, который до сих пор использовался в области тканевой инженерии. », — объяснила ведущий автор Александра Серафин, кандидат наук в Бернале и на факультете науки и техники UL.
«К сожалению, при использовании полимера PEDOT:PSS в биомедицинских целях сохраняются серьезные ограничения. Полимер основан на компоненте PSS, который позволяет ему быть водорастворимым, но когда этот материал имплантируется в организм, он демонстрирует плохую биосовместимость.
«Это означает, что при воздействии этого полимера у организма возникают потенциальные токсические или иммунологические реакции, которые не идеальны для уже поврежденной ткани, которую мы пытаемся регенерировать. Это сильно ограничивает, какие компоненты гидрогеля можно успешно включить для создания проводящих каркасов». ” она добавила.
В исследовании были разработаны новые наночастицы PEDOT (NP), чтобы преодолеть это ограничение. Синтез проводящих наночастиц PEDOT позволяет проводить индивидуальную модификацию поверхности наночастиц для достижения желаемого клеточного ответа и повышения вариабельности компонентов гидрогеля, которые могут быть включены, без обязательного присутствия PSS для растворимости в воде.
В этой работе гибридные биоматериалы, состоящие из желатина и иммуномодулирующей гиалуроновой кислоты, материала, который профессор Коллинз разрабатывал в течение многих лет в UL, были объединены с разработанными новыми PEDOT NP для создания биосовместимых электропроводящих каркасов для целенаправленного восстановления после повреждения спинного мозга.
Было проведено полное исследование структуры, свойств и функциональных взаимосвязей этих точно разработанных каркасов для оптимизации работы в месте повреждения, включая исследование in vivo с моделями повреждения спинного мозга крыс, которое было проведено г-жой Серафин во время программы Фулбрайта. обмен исследованиями с факультетом неврологии Калифорнийского университета в Сан-Диего, который был партнером по проекту.
«Введение PEDOT NP в биоматериал увеличило проводимость образцов. Кроме того, механические свойства имплантированных материалов должны имитировать интересующую ткань в стратегиях тканевой инженерии, а разработанные каркасы PEDOT NP соответствуют механическим характеристикам нативного спинного мозга. шнур», — объяснили исследователи.
Биологический ответ на разработанные каркасы PEDOT NP изучали со стволовыми клетками in vitro и на животных моделях повреждения спинного мозга in vivo. Они сообщили, что наблюдалось отличное прикрепление и рост стволовых клеток на каркасах.
Согласно исследованию, тестирование показало большую миграцию клеток аксонов к месту повреждения спинного мозга, в которое был имплантирован каркас PEDOT NP, а также более низкий уровень рубцевания и воспаления, чем в модели повреждения без каркаса.
В целом, эти результаты показывают потенциал этих материалов для восстановления спинного мозга, говорят исследователи.
«Воздействие, которое травма спинного мозга оказывает на жизнь пациента, является не только физической, но и психологической, поскольку она может серьезно повлиять на психическое здоровье пациента, что приводит к увеличению случаев депрессии, стресса или беспокойства», — пояснила г-жа Серафин.
«Таким образом, лечение травм позвоночника не только позволит пациенту снова ходить или двигаться, но и позволит ему жить полной жизнью, что делает такие проекты, как этот, жизненно важными для исследовательского и медицинского сообщества. общее влияние на общество в обеспечении эффективного лечения травм спинного мозга приведет к снижению затрат на здравоохранение, связанных с лечением пациентов.
«Эти результаты открывают перед пациентами обнадеживающие перспективы, и планируется проведение дальнейших исследований в этой области.
«Исследования показали, что порог возбудимости двигательных нейронов на дистальном конце повреждения спинного мозга, как правило, выше. Будущий проект позволит дополнительно улучшить конструкцию каркаса и создать градиенты проводимости в каркасе с увеличением проводимости к дистальному концу. повреждения, чтобы еще больше стимулировать нейроны к регенерации», — добавила она.
Этот проект финансировался Ирландским исследовательским советом в партнерстве с Johnson & Johnson, а также Ирландской ассоциацией Фулбрайта, что позволило провести исследовательский обмен с Калифорнийским университетом в Сан-Диего. Факультет науки и техники и Научно-исследовательский институт здравоохранения UL также оказали поддержку.
Источник:
Ссылка на журнал:
Серафин А., и другие. (2022)Электропроводящие каркасы с интегрированными наночастицами PEDOT для восстановления тканей спинного мозга. Исследование биоматериалов. doi.org/10.1186/s40824-022-00310-5.
