Το νανοβιοϋλικό ενισχύει την ανάπτυξη των νευρώνων σε ποντίκια με τραυματισμούς του νωτιαίου μυελού

Ερευνητές από το Τμήμα Ορθοπαιδικής του Νοσοκομείου Tongji στο Πανεπιστήμιο Tongji στη Σαγκάη χρησιμοποίησαν επιτυχώς ένα νανοβιοϋλικό που ονομάζεται στρωμένο διπλό υδροξείδιο (LDH) για να αναστείλει το φλεγμονώδες περιβάλλον που περιβάλλει τους τραυματισμούς του νωτιαίου μυελού σε ποντίκια, επιταχύνοντας την αναγέννηση των νευρώνων και την αναδόμηση του νευρικού κυκλώματος στο η σπονδυλική στήλη.

Οι ερευνητές μπόρεσαν επίσης να προσδιορίσουν τον υποκείμενο γενετικό μηχανισμό με τον οποίο λειτουργεί η LDH. Αυτή η κατανόηση θα πρέπει να επιτρέψει περαιτέρω τροποποίηση της θεραπείας, η οποία, σε συνδυασμό με άλλα στοιχεία, θα μπορούσε τελικά να δημιουργήσει ένα ολοκληρωμένο, κλινικά εφαρμόσιμο σύστημα για την ανακούφιση από τον τραυματισμό του νωτιαίου μυελού στους ανθρώπους.

Η έρευνα δημοσιεύτηκε στο περιοδικό ACS Nano της Αμερικανικής Χημικής Εταιρείας στις 2 Φεβρουαρίου.

Δεν υπάρχει αποτελεσματική θεραπεία για τραυματισμούς του νωτιαίου μυελού, οι οποίοι συνοδεύονται πάντα από θάνατο νευρώνων, θραύση αξόνων ή νευρικών ινών και φλεγμονή.

Παρόλο που το σώμα συνεχίζει να παράγει νέα νευρικά βλαστοκύτταρα, αυτό το φλεγμονώδες μικροπεριβάλλον (οι άμεσες, μικρής κλίμακας συνθήκες στο σημείο του τραυματισμού) εμποδίζει σοβαρά την αναγέννηση των νευρώνων και των αξόνων. Ακόμη χειρότερα, η παρατεταμένη ενεργοποίηση των κυττάρων του ανοσοποιητικού συστήματος σε αυτήν την περιοχή έχει επίσης ως αποτέλεσμα δευτερογενείς βλάβες του νευρικού συστήματος, αποτρέποντας με τη σειρά τους τα βλαστοκύτταρα να διαφοροποιηθούν σε νέους τύπους κυττάρων.

Εάν αυτή η επιθετική ανοσοαπόκριση στο σημείο του τραυματισμού μπορούσε να μετριαστεί, υπάρχει η πιθανότητα τα νευρικά βλαστοκύτταρα να ξεκινήσουν τη διαφοροποίηση και να συμβεί νευρική αναγέννηση.

Τα τελευταία χρόνια, μια σειρά από νέα βιοϋλικά νανοκλίμακας -φυσικά ή συνθετικά υλικά που αλληλεπιδρούν με βιολογικά συστήματα- έχουν σχεδιαστεί για να βοηθούν την ενεργοποίηση νευρικών βλαστοκυττάρων, μαζί με την κινητοποίηση και τη διαφοροποίησή τους. Μερικά από αυτά τα «νανοσύνθετα» είναι ικανά να μεταφέρουν φάρμακα στο σημείο του τραυματισμού και να επιταχύνουν την αναγέννηση των νευρώνων.

Αυτά τα νανοσύνθετα είναι ιδιαίτερα ελκυστικά για τη θεραπεία του νωτιαίου μυελού λόγω της χαμηλής τοξικότητάς τους. Ωστόσο, λίγοι έχουν την ικανότητα να αναστέλλουν ή να μετριάζουν την ανοσολογική αντίδραση στο σημείο και έτσι δεν αντιμετωπίζουν το υποκείμενο πρόβλημα. Επιπλέον, οι υποκείμενοι μηχανισμοί του τρόπου λειτουργίας τους παραμένουν ασαφείς.

Το διπλό υδροξείδιο με νανοστρώσεις (LDH) είναι ένα είδος αργίλου με πολλές ενδιαφέρουσες βιολογικές ιδιότητες που σχετίζονται με τραυματισμούς του νωτιαίου μυελού, συμπεριλαμβανομένης της καλής βιοσυμβατότητας (ικανότητα αποφυγής απόρριψης από το σώμα), της ασφαλούς βιοαποδόμησης (διάσπαση και αφαίρεση των μορίων μετά την εφαρμογή) και εξαιρετική αντιφλεγμονώδη ικανότητα.

Η LDH έχει ήδη διερευνηθεί ευρέως στη βιοϊατρική μηχανική όσον αφορά τη ρύθμιση της ανοσοαπόκρισης, αλλά κυρίως στον τομέα της θεραπείας κατά του όγκου.

«Αυτές οι ιδιότητες έκαναν την LDH έναν πραγματικά πολλά υποσχόμενο υποψήφιο για τη δημιουργία ενός πολύ πιο ευεργετικού μικροπεριβάλλοντος για την αποκατάσταση τραυματισμών του νωτιαίου μυελού», λέει ο Rongrong Zhu του Τμήματος Ορθοπαιδικής του Νοσοκομείου Tongji, πρώτος συγγραφέας της μελέτης.

Υπό την ηγεσία του Liming Cheng, αντίστοιχου συγγραφέα της μελέτης, η ερευνητική ομάδα μεταμόσχευσε την LDH στο σημείο τραυματισμού των ποντικών και διαπίστωσε ότι το νανοβιοϋλικό είχε επιταχύνει σημαντικά τη μετανάστευση νευρικών βλαστοκυττάρων, τη νευρική διαφοροποίηση, την ενεργοποίηση των καναλιών για διέγερση νευρώνων και επαγωγή. ενεργοποίησης του δυναμικού δράσης (νευρική ώθηση).

Τα ποντίκια παρουσίασαν επίσης σημαντικά βελτιωμένη συμπεριφορά κίνησης σε σύγκριση με την ομάδα ελέγχου των ποντικών. Επιπλέον, όταν η LDH συνδυάστηκε με τη Νευροτροφίνη-3 (NT3), μια πρωτεΐνη που ενθαρρύνει την ανάπτυξη και τη διαφοροποίηση νέων νευρώνων, τα ποντίκια απολάμβαναν ακόμη καλύτερα αποτελέσματα ανάκτησης από την LDH από μόνη της. Ουσιαστικά, το NT3 ενισχύει την ανάπτυξη των νευρώνων ενώ το LDH δημιουργεί ένα περιβάλλον όπου αυτή η ανάπτυξη επιτρέπεται να ευδοκιμήσει.

Στη συνέχεια, μέσω μεταγραφικού προφίλ ή ανάλυσης γονιδιακής έκφρασης χιλιάδων γονιδίων ταυτόχρονα, οι ερευνητές μπόρεσαν να προσδιορίσουν πώς η LDH εκτελεί τη βοήθειά της.

Βρήκαν ότι όταν η LDH προσκολληθεί στις κυτταρικές μεμβράνες, προκαλεί μεγαλύτερη ενεργοποίηση του γονιδίου «μετασχηματιστικού αυξητικού παράγοντα-β υποδοχέα 2» (TGFBR2), μειώνοντας την παραγωγή των λευκών αιμοσφαιρίων που ενισχύουν τη φλεγμονή και αυξάνοντας την παραγωγή των λευκών αιμοσφαιρίων. που αναστέλλουν τη φλεγμονή.

Μετά την εφαρμογή μιας χημικής ουσίας που αναστέλλει το TGFBR2, βρήκαν ότι τα ευεργετικά αποτελέσματα αντιστράφηκαν.

Η κατανόηση του τρόπου με τον οποίο η LDH εκτελεί αυτά τα αποτελέσματα θα πρέπει τώρα να επιτρέψει στους ερευνητές να τροποποιήσουν τη θεραπεία για να βελτιώσουν την απόδοσή της και να δημιουργήσουν τελικά ένα ολοκληρωμένο θεραπευτικό σύστημα για τραυματισμούς του νωτιαίου μυελού - συνδυάζοντας αυτά τα βιοϋλικά με νευροτροφικούς παράγοντες όπως το NT3 - που μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε κλινική εφαρμογή στους ανθρώπους.

Πηγή

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