Nanobiomaterial estimula el crecimiento neuronal en ratones con lesiones de la médula espinal

Investigadores del Departamento de Ortopedia del Hospital Tongji de la Universidad de Tongji en Shanghai han utilizado con éxito un nanobiomaterial llamado hidróxido doble en capas (LDH) para inhibir el entorno inflamatorio que rodea las lesiones de la médula espinal en ratones, acelerando la regeneración de neuronas y la reconstrucción del circuito neural en La espina.

Los investigadores también pudieron identificar el mecanismo genético subyacente por el cual funciona la LDH. Esta comprensión debería permitir una mayor modificación de la terapia, que, en combinación con otros elementos, podría finalmente producir un sistema completo y clínicamente aplicable para el alivio de las lesiones de la médula espinal en humanos.

La investigación apareció en la revista ACS Nano de la American Chemical Society el 2 de febrero.

No existe un tratamiento eficaz para las lesiones de la médula espinal, que siempre van acompañadas de muerte de neuronas, rotura de axones o fibras nerviosas e inflamación.

Aunque el cuerpo continúa generando nuevas células madre neurales, este microambiente inflamatorio (las condiciones inmediatas a pequeña escala en el lugar de la lesión) dificulta gravemente la regeneración de neuronas y axones. Peor aún, la activación prolongada de las células inmunes en esta área también da como resultado lesiones secundarias del sistema nervioso, lo que a su vez evita que las células madre se diferencien en nuevos tipos de células.

Si esta respuesta inmune agresiva en el sitio de la lesión pudiera moderarse, existe la posibilidad de que las células madre neurales comiencen a diferenciarse y se produzca la regeneración neural.

En los últimos años, se ha diseñado una serie de biomateriales novedosos a nanoescala —materiales naturales o sintéticos que interactúan con los sistemas biológicos— para ayudar a la activación de las células madre neurales, junto con su movilización y diferenciación. Algunos de estos "nanocompuestos" son capaces de administrar fármacos al lugar de la lesión y acelerar la regeneración neuronal.

Estos nanocompuestos son especialmente atractivos para el tratamiento de la médula espinal debido a su baja toxicidad. Sin embargo, pocos tienen la capacidad de inhibir o moderar la reacción inmunitaria en el sitio y, por lo tanto, no abordan el problema subyacente. Además, los mecanismos subyacentes de su funcionamiento siguen sin estar claros.

El hidróxido doble nanocapa (LDH) es un tipo de arcilla con muchas propiedades biológicas interesantes relevantes para las lesiones de la médula espinal, incluida una buena biocompatibilidad (capacidad para evitar el rechazo por parte del cuerpo), una biodegradación segura (descomposición y eliminación de las moléculas después de la aplicación) y excelente capacidad antiinflamatoria.

La LDH ya ha sido ampliamente explorada en ingeniería biomédica con respecto a la regulación de la respuesta inmune, pero principalmente en el campo de la terapia antitumoral.

“Estas propiedades hicieron de LDH un candidato realmente prometedor para la creación de un microambiente mucho más beneficioso para la recuperación de lesiones de la médula espinal”, dice Rongrong Zhu del Departamento de Ortopedia del Hospital Tongji, primer autor del estudio.

Bajo el liderazgo de Liming Cheng, autor correspondiente del estudio, el equipo de investigación trasplantó la LDH en el sitio de la lesión de ratones y encontró que el nanobiomaterial había acelerado significativamente la migración de células madre neurales, la diferenciación neural, la activación de canales para la excitación neuronal y la inducción de la activación del potencial de acción (impulso nervioso).

Los ratones también mostraron un comportamiento locomotor significativamente mejorado en comparación con el grupo de control de ratones. Además, cuando la LDH se combinó con Neurotropina-3 (NT3), una proteína que estimula el crecimiento y la diferenciación de nuevas neuronas, los ratones disfrutaron de efectos de recuperación aún mejores que la LDH por sí sola. En esencia, el NT3 estimula el desarrollo neuronal mientras que el LDH crea un entorno en el que se permite que prospere ese desarrollo.

Luego, mediante el perfil transcripcional o el análisis de la expresión génica de miles de genes a la vez, los investigadores pudieron identificar cómo la LDH realiza su asistencia.

Descubrieron que una vez que la LDH se adhiere a las membranas celulares, provoca una mayor activación del gen del "receptor 2 del factor de crecimiento transformante-β" (TGFBR2), disminuyendo la producción de glóbulos blancos que aumentan la inflamación y aumentando la producción de glóbulos blancos. que inhiben la inflamación.

Tras la aplicación de una sustancia química que inhibe TGFBR2, encontraron que los efectos beneficiosos se invirtieron.

La comprensión de cómo la LDH realiza estos efectos ahora debería permitir a los investigadores ajustar la terapia para mejorar su rendimiento y finalmente crear un sistema terapéutico integral para las lesiones de la médula espinal, combinando estos biomateriales con factores neurotróficos como NT3, que se puede utilizar en aplicaciones clínicas. en la gente.

Fuente

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