Nanobiomateriaali lisää hermosolujen kasvua hiirissä, joilla on selkäydinvamma

Shanghain Tongji-yliopiston Tongji-sairaalan ortopedian osaston tutkijat ovat onnistuneesti käyttäneet nanobiomateriaalia, jota kutsutaan kerrostetuksi kaksoishydroksidiksi (LDH) estämään selkäytimen vammoja ympäröivää tulehdusympäristöä, kiihdyttämällä hermosolujen regeneroitumista ja hermopiirin rekonstruointia selkäranka.

Tutkijat pystyivät myös tunnistamaan taustalla olevan geneettisen mekanismin, jolla LDH toimii. Tämän ymmärryksen tulisi antaa mahdollisuuden modifioida hoitoa edelleen, mikä yhdessä muiden osien kanssa saattaisi vihdoin tuottaa kattavan, kliinisesti sovellettavan järjestelmän selkäydinvamman helpottamiseksi ihmisillä.

Tutkimus ilmestyi American Chemical Society -lehdessä ACS Nano 2. helmikuuta.

Selkäydinvammoille, joihin liittyy aina neuronien kuolema, aksonien tai hermokuitujen murtuminen ja tulehdus, ei ole tehokasta hoitoa.

Vaikka keho tuottaa edelleen uusia hermosolusoluja, tämä tulehduksellinen mikroympäristö (välittömät, pienimuotoiset olosuhteet loukkaantumispaikassa) vaikeuttaa vakavasti hermosolujen ja aksonien uudistumista. Mikä vielä pahempaa, immuunisolujen pitkäaikainen aktivoituminen tällä alueella johtaa myös hermoston sekundaarisiin vaurioihin, mikä puolestaan ​​estää kantasoluja erilaistumasta uusiksi solutyypeiksi.

Jos tätä aggressiivista immuunivastetta loukkaantumispaikassa voitaisiin hillitä, on mahdollista, että hermosolun kantasolut voivat alkaa erilaistua ja hermoston uusiutumista voi tapahtua.

Viime vuosina joukko uusia nanomittakaavan biomateriaaleja - luonnollisia tai synteettisiä materiaaleja, jotka ovat vuorovaikutuksessa biologisten järjestelmien kanssa - on suunniteltu auttamaan hermosolun kantasolujen aktivoitumista yhdessä niiden mobilisoinnin ja erilaistumisen kanssa. Jotkut näistä “nanokomposiiteista” pystyvät kuljettamaan lääkkeitä loukkaantumispaikkaan ja nopeuttamaan hermosolujen uudistumista.

Nämä nanokomposiitit ovat erityisen houkuttelevia selkäytimen hoidossa matalan toksisuuden vuoksi. Harvoilla on kuitenkin kykyä estää tai kohtalainen immuunireaktio paikassa, joten älä käsittele taustalla olevaa ongelmaa. Lisäksi niiden toiminnan taustalla olevat mekanismit ovat edelleen epäselviä.

Nanokerroksinen kaksoishydroksidi (LDH) on eräänlainen savi, jolla on monia mielenkiintoisia biologisia ominaisuuksia selkäydinvammojen kannalta, mukaan lukien hyvä biologinen yhteensopivuus (kyky välttää kehon hylkäämistä), turvallinen biohajoavuus (molekyylien hajoaminen ja poistaminen levityksen jälkeen) ja erinomainen anti-inflammatorinen kyky.

LDH: ta on jo tutkittu laajalti lääketieteellisessä tekniikassa immuunivasteen säätelyn suhteen, mutta lähinnä kasvainten vastaisen hoidon alalla.

"Nämä ominaisuudet tekivät LDH: sta todella lupaavan ehdokkaan luomaan paljon edullisemman mikroympäristön selkäydinvamman paranemiseen", kertoo tutkimuksen ensimmäinen kirjoittaja Rongrong Zhu Tongji-sairaalan ortopedian osastolta.

Tutkimuksen vastaava kirjoittaja Liming Chengin johdolla tutkimusryhmä siirsi LDH: n hiirien loukkaantumiskohtaan ja havaitsi, että nanobiomateriaali oli merkittävästi kiihdyttänyt hermosolujen migraatiota, hermosolujen erilaistumista, kanavien aktivaatiota hermosolujen herätykseen ja induktiota toimintapotentiaalin (hermoimpulssin) aktivaatio.

Hiirillä oli myös huomattavasti parantunut veturikäyttäytyminen verrattuna hiirien kontrolliryhmään. Lisäksi, kun LDH yhdistettiin Neurotrophin-3: een (NT3), proteiiniin, joka kannustaa uusien neuronien kasvua ja erilaistumista, hiirillä oli vielä paremmat palautumisvaikutukset kuin yksinään LDH: lla. Pohjimmiltaan NT3 lisää hermosolujen kehitystä, kun taas LDH luo ympäristön, jossa kehityksen annetaan kukoistaa.

Sitten tutkijat pystyivät transkriptionaalisen profiloinnin avulla tai analysoimalla tuhansien geenien geeniekspressiota tunnistamaan, kuinka LDH suorittaa avunsa.

He havaitsivat, että kun LDH on kiinnittynyt solukalvoihin, se aiheuttaa "transformoivan kasvutekijä-β-reseptorin 2" (TGFBR2) geenin suuremman aktivoitumisen, mikä vähentää tulehdusta lisäävien valkosolujen tuotantoa ja lisää valkosolujen tuotantoa jotka estävät tulehdusta.

Kun sovellettiin kemikaalia, joka estää TGFBR2: ta, he havaitsivat, että hyödylliset vaikutukset olivat päinvastaiset.

Ymmärtämisen siitä, kuinka LDH suorittaa nämä vaikutukset, pitäisi nyt antaa tutkijoiden mahdollisuuden säätää hoitoa tehokkuuden parantamiseksi ja lopulta luoda kattava terapeuttinen järjestelmä selkäydinvammoille - yhdistämällä nämä biomateriaalit neurotrofisiin tekijöihin, kuten NT3: een, joita voidaan käyttää kliinisessä sovelluksessa ihmisille.

lähde

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