Nanobiomateriale øger neuronal vækst hos mus med rygmarvsskader

Forskere fra afdelingen for ortopædi på Tongji Hospital ved Tongji University i Shanghai har med succes brugt et nanobiomateriale kaldet lagdelt dobbelthydroxid (LDH) til at hæmme det inflammatoriske miljø omkring rygmarvsskader hos mus, hvilket accelererer regenereringen af ​​neuroner og genopbygningen af ​​det neurale kredsløb i mus. rygsøjlen.

Forskerne var også i stand til at identificere den underliggende genetiske mekanisme, hvormed LDH virker. Denne forståelse skulle muliggøre yderligere modifikation af terapien, som i kombination med andre elementer endelig kunne producere et omfattende, klinisk anvendeligt system til lindring af rygmarvsskade hos mennesker.

Forskningen dukkede op i American Chemical Society-tidsskriftet ACS Nano den 2. februar.

Der er ingen effektiv behandling for rygmarvsskader, som altid er ledsaget af neuronernes død, brud på axoner eller nervefibre og betændelse.

Selvom kroppen fortsætter med at generere nye neurale stamceller, hæmmer dette inflammatoriske mikromiljø (de umiddelbare, små tilstande på skadestedet) alvorligt regenereringen af ​​neuroner og axoner. Endnu værre, den forlængede aktivering af immunceller i dette område resulterer også i sekundære læsioner af nervesystemet, som igen forhindrer stamcellerne i at differentiere sig til nye celletyper.

Hvis dette aggressive immunrespons på skadestedet kunne modereres, er der mulighed for, at neurale stamceller kan begynde differentiering, og neural regenerering kan forekomme.

I de senere år er en række nye biomaterialer i nanoskala - naturlige eller syntetiske materialer, der interagerer med biologiske systemer - blevet designet til at hjælpe med aktivering af neurale stamceller sammen med deres mobilisering og differentiering. Nogle af disse "nanokompositter" er i stand til at levere lægemidler til skadestedet og fremskynde neuronal regenerering.

Disse nanokompositter er særligt attraktive til rygmarvsbehandling på grund af deres lave toksicitet. Men de færreste har nogen evne til at hæmme eller moderere immunreaktionen på stedet, og de tackler derfor ikke det underliggende problem. Desuden forbliver de underliggende mekanismer for, hvordan de fungerer, uklare.

Nanolagdelt dobbelthydroxid (LDH) er en slags ler med mange interessante biologiske egenskaber, der er relevante for rygmarvsskader, herunder god biokompatibilitet (evne til at undgå afstødning fra kroppen), sikker biologisk nedbrydning (nedbrydning og fjernelse af molekylerne efter påføring) og fremragende anti-inflammatorisk evne.

LDH er allerede blevet udforsket bredt i biomedicinsk teknik med hensyn til immunresponsregulering, men hovedsageligt inden for antitumorterapi.

"Disse egenskaber gjorde LDH til en virkelig lovende kandidat til at skabe et meget mere gavnligt mikromiljø til genopretning af rygmarvsskade," siger Rongrong Zhu fra afdelingen for ortopædi på Tongji Hospital, førsteforfatter af undersøgelsen.

Under ledelse af Liming Cheng, tilsvarende forfatter til undersøgelsen, transplanterede forskerholdet LDH til skadestedet for mus og fandt ud af, at nanobiomaterialet signifikant havde accelereret neurale stamcellers migration, neural differentiering, aktivering af kanaler til neuronexcitation og induktion. af aktionspotentiale (nerveimpuls) aktivering.

Musene udviste også signifikant forbedret lokomotivadfærd sammenlignet med kontrolgruppen af ​​mus. Da LDH blev kombineret med Neurotrophin-3 (NT3), et protein, der fremmer væksten og differentieringen af ​​nye neuroner, havde musene endnu bedre restitutionseffekter end LDH alene. I det væsentlige øger NT3 neuronal udvikling, mens LDH skaber et miljø, hvor denne udvikling får lov til at trives.

Derefter, via transkriptionel profilering eller analyse af genekspression af tusindvis af gener på én gang, var forskerne i stand til at identificere, hvordan LDH udfører sin assistance.

De fandt ud af, at når først LDH er knyttet til cellemembraner, fremkalder det større aktivering af genet "transforming growth factor-β-receptor 2" (TGFBR2), hvilket reducerer produktionen af ​​de hvide blodlegemer, der øger inflammation og øger produktionen af ​​de hvide blodlegemer. som hæmmer betændelse.

Ved påføring af et kemikalie, der hæmmer TGFBR2, fandt de ud af, at de gavnlige virkninger var vendt.

Forståelsen af, hvordan LDH udfører disse effekter, skulle nu give forskerne mulighed for at tilpasse terapien for at forbedre dens ydeevne og endelig skabe et omfattende terapeutisk system for rygmarvsskader - kombinere disse biomaterialer med neurotrofiske faktorer som NT3 - der kan bruges i klinisk anvendelse på mennesker.

Kilde

Kilde: https://genesisnanotech.wordpress.com/2021/03/24/nanobiomaterial-boosts-neuronal-growth-in-mice-with-spinal-cord-injuries/