Nanobiomaterial meningkatkan pertumbuhan saraf pada tikus dengan cedera tulang belakang

Para peneliti dari Departemen Ortopedi Rumah Sakit Tongji di Universitas Tongji di Shanghai telah berhasil menggunakan nanobiomaterial yang disebut layered double hydroxide (LDH) untuk menghambat lingkungan inflamasi di sekitar cedera tulang belakang pada tikus, mempercepat regenerasi neuron dan rekonstruksi sirkuit saraf pada tikus. tulang belakang.

Para peneliti juga mampu mengidentifikasi mekanisme genetik yang mendasari cara kerja LDH. Pemahaman ini memungkinkan modifikasi terapi lebih lanjut, yang dikombinasikan dengan elemen lain, pada akhirnya dapat menghasilkan sistem yang komprehensif dan dapat diterapkan secara klinis untuk meredakan cedera tulang belakang pada manusia.

Penelitian ini muncul di jurnal American Chemical Society ACS Nano pada 2 Februari.

Tidak ada pengobatan yang efektif untuk cedera sumsum tulang belakang, yang selalu disertai dengan kematian neuron, kerusakan akson atau serabut saraf, dan peradangan.

Meskipun tubuh terus menghasilkan sel induk saraf baru, lingkungan mikro inflamasi ini (kondisi langsung dalam skala kecil di lokasi cedera) sangat menghambat regenerasi neuron dan akson. Lebih buruk lagi, aktivasi sel-sel kekebalan yang berkepanjangan di area ini juga mengakibatkan lesi sekunder pada sistem saraf, yang pada gilirannya mencegah sel induk berdiferensiasi menjadi tipe sel baru.

Jika respons imun agresif di lokasi cedera dapat dimoderasi, ada kemungkinan sel induk saraf dapat mulai berdiferensiasi, dan regenerasi saraf dapat terjadi.

Dalam beberapa tahun terakhir, serangkaian biomaterial baru berskala nano—bahan alami atau sintetis yang berinteraksi dengan sistem biologis—telah dirancang untuk membantu aktivasi sel induk saraf, serta mobilisasi dan diferensiasinya. Beberapa dari “nanokomposit” ini mampu mengantarkan obat ke lokasi cedera dan mempercepat regenerasi saraf.

Nanokomposit ini sangat menarik untuk pengobatan sumsum tulang belakang karena toksisitasnya yang rendah. Namun, hanya sedikit yang mempunyai kemampuan untuk menghambat atau memoderasi reaksi imun di lokasi tersebut, sehingga tidak mengatasi masalah mendasarnya. Selain itu, mekanisme yang mendasari cara kerjanya masih belum jelas.

Hidroksida ganda berlapis nano (LDH) adalah sejenis tanah liat dengan banyak sifat biologis menarik yang relevan dengan cedera tulang belakang, termasuk biokompatibilitas yang baik (kemampuan untuk menghindari penolakan oleh tubuh), biodegradasi yang aman (penguraian dan penghilangan molekul setelah aplikasi), dan sangat baik. kemampuan anti inflamasi.

LDH telah banyak dieksplorasi dalam teknik biomedis sehubungan dengan regulasi respon imun, tetapi terutama di bidang terapi anti tumor.

“Sifat-sifat ini menjadikan LDH kandidat yang sangat menjanjikan untuk menciptakan lingkungan mikro yang jauh lebih bermanfaat untuk pemulihan cedera tulang belakang,” kata Rongrong Zhu dari Departemen Ortopedi Rumah Sakit Tongji, penulis pertama studi tersebut.

Di bawah kepemimpinan Liming Cheng, penulis studi tersebut, tim peneliti mentransplantasikan LDH ke lokasi cedera tikus dan menemukan bahwa nanobiomaterial telah secara signifikan mempercepat migrasi sel induk saraf, diferensiasi saraf, aktivasi saluran untuk eksitasi neuron, dan induksi. aktivasi potensial aksi (impuls saraf).

Tikus juga menunjukkan peningkatan perilaku lokomotif secara signifikan dibandingkan dengan tikus kelompok kontrol. Selain itu, ketika LDH dikombinasikan dengan Neurotrophin-3 (NT3), protein yang mendorong pertumbuhan dan diferensiasi neuron baru, tikus tersebut menikmati efek pemulihan yang lebih baik daripada LDH saja. Intinya, NT3 meningkatkan perkembangan saraf sementara LDH menciptakan lingkungan di mana perkembangan tersebut dibiarkan berkembang.

Kemudian, melalui profil transkripsional, atau analisis ekspresi gen ribuan gen sekaligus, para peneliti dapat mengidentifikasi bagaimana LDH melakukan bantuannya.

Mereka menemukan bahwa ketika LDH melekat pada membran sel, hal ini memicu aktivasi yang lebih besar dari gen “transforming growth factor-β receptor 2” (TGFBR2), sehingga menurunkan produksi sel darah putih yang meningkatkan peradangan dan meningkatkan produksi sel darah putih. yang menghambat peradangan.

Setelah menggunakan bahan kimia yang menghambat TGFBR2, mereka menemukan bahwa efek menguntungkannya justru sebaliknya.

Pemahaman tentang bagaimana LDH melakukan efek ini sekarang memungkinkan para peneliti untuk mengubah terapi guna meningkatkan kinerjanya dan pada akhirnya menciptakan sistem terapi komprehensif untuk cedera tulang belakang—menggabungkan biomaterial ini dengan faktor neurotropik seperti NT3—yang dapat digunakan dalam aplikasi klinis. pada orang-orang.

sumber

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