Il nanobiomateriale stimola la crescita neuronale nei topi con lesioni del midollo spinale

I ricercatori del Dipartimento di Ortopedia dell'Ospedale Tongji dell'Università Tongji di Shanghai hanno utilizzato con successo un nanobiomateriale chiamato doppio idrossido stratificato (LDH) per inibire l'ambiente infiammatorio che circonda le lesioni del midollo spinale nei topi, accelerando la rigenerazione dei neuroni e la ricostruzione del circuito neurale in la spina.

I ricercatori sono stati anche in grado di identificare il meccanismo genetico sottostante mediante il quale funziona l’LDH. Questa comprensione dovrebbe consentire un’ulteriore modifica della terapia che, in combinazione con altri elementi, potrebbe finalmente produrre un sistema completo e clinicamente applicabile per il sollievo delle lesioni del midollo spinale negli esseri umani.

La ricerca è apparsa sulla rivista ACS Nano dell’American Chemical Society il 2 febbraio.

Non esiste un trattamento efficace per le lesioni del midollo spinale, che sono sempre accompagnate dalla morte dei neuroni, dalla rottura degli assoni o delle fibre nervose e dall'infiammazione.

Anche se il corpo continua a generare nuove cellule staminali neurali, questo microambiente infiammatorio (le condizioni immediate e su piccola scala nel sito della lesione) ostacola gravemente la rigenerazione di neuroni e assoni. Peggio ancora, l’attivazione prolungata delle cellule immunitarie in quest’area provoca anche lesioni secondarie del sistema nervoso, impedendo a loro volta alle cellule staminali di differenziarsi in nuovi tipi cellulari.

Se questa risposta immunitaria aggressiva nel sito della lesione potesse essere moderata, c’è la possibilità che le cellule staminali neurali possano iniziare la differenziazione e possa verificarsi la rigenerazione neurale.

Negli ultimi anni, una serie di nuovi biomateriali su scala nanometrica – materiali naturali o sintetici che interagiscono con i sistemi biologici – sono stati progettati per favorire l’attivazione delle cellule staminali neurali, insieme alla loro mobilizzazione e differenziazione. Alcuni di questi “nanocompositi” sono in grado di trasportare farmaci nel sito della lesione e accelerare la rigenerazione neuronale.

Questi nanocompositi sono particolarmente interessanti per il trattamento del midollo spinale grazie alla loro bassa tossicità. Tuttavia, pochi hanno la capacità di inibire o moderare la reazione immunitaria nel sito e quindi non affrontano il problema di fondo. Inoltre, i meccanismi alla base del loro funzionamento rimangono poco chiari.

Il doppio idrossido nanostratificato (LDH) è un tipo di argilla con molte proprietà biologiche interessanti rilevanti per le lesioni del midollo spinale, tra cui buona biocompatibilità (capacità di evitare il rigetto da parte dell'organismo), biodegradazione sicura (decomposizione e rimozione delle molecole dopo l'applicazione) ed eccellente capacità antinfiammatoria.

L'LDH è già stato ampiamente esplorato nell'ingegneria biomedica per quanto riguarda la regolazione della risposta immunitaria, ma principalmente nel campo della terapia antitumorale.

"Queste proprietà hanno reso LDH un candidato davvero promettente per la creazione di un microambiente molto più vantaggioso per il recupero delle lesioni del midollo spinale", afferma Rongrong Zhu del Dipartimento di Ortopedia dell'Ospedale Tongji, primo autore dello studio.

Sotto la guida di Liming Cheng, autore corrispondente dello studio, il gruppo di ricerca ha trapiantato l'LDH nel sito della lesione dei topi e ha scoperto che il nanobiomateriale aveva accelerato significativamente la migrazione delle cellule staminali neurali, la differenziazione neurale, l'attivazione dei canali per l'eccitazione dei neuroni e l'induzione dell’attivazione del potenziale d’azione (impulso nervoso).

I topi hanno mostrato anche un comportamento locomotore significativamente migliorato rispetto al gruppo di controllo dei topi. Inoltre, quando l’LDH è stato combinato con la Neurotrofina-3 (NT3), una proteina che favorisce la crescita e la differenziazione di nuovi neuroni, i topi hanno goduto di effetti di recupero ancora migliori rispetto all’LDH da solo. In sostanza, l’NT3 stimola lo sviluppo neuronale mentre l’LDH crea un ambiente in cui tale sviluppo può prosperare.

Quindi, tramite il profilo trascrizionale o l'analisi dell'espressione genica di migliaia di geni contemporaneamente, i ricercatori sono stati in grado di identificare il modo in cui l'LDH fornisce il suo aiuto.

Hanno scoperto che una volta che l’LDH si attacca alle membrane cellulari, provoca una maggiore attivazione del gene del “recettore 2 del fattore di crescita trasformante β” (TGFBR2), diminuendo la produzione di globuli bianchi che aumentano l’infiammazione e aumentando la produzione di globuli bianchi. che inibiscono l'infiammazione.

Dopo l'applicazione di una sostanza chimica che inibisce il TGFBR2, hanno scoperto che gli effetti benefici erano invertiti.

La comprensione di come l’LDH esercita questi effetti dovrebbe ora consentire ai ricercatori di modificare la terapia per migliorarne le prestazioni e creare finalmente un sistema terapeutico completo per le lesioni del midollo spinale, combinando questi biomateriali con fattori neurotrofici come NT3, che può essere utilizzato in applicazioni cliniche. sulle persone.

Fonte

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