Nanobiomateriaal stimuleert de neuronale groei bij muizen met ruggenmergletsel

Onderzoekers van de afdeling Orthopedie van het Tongji-ziekenhuis van de Tongji-universiteit in Shanghai hebben met succes een nanobiomateriaal, gelaagd dubbel hydroxide (LDH) genoemd, gebruikt om de ontstekingsomgeving rond ruggenmergletsel bij muizen te remmen, waardoor de regeneratie van neuronen en de reconstructie van het neurale circuit wordt versneld. de ruggengraat.

De onderzoekers waren ook in staat het onderliggende genetische mechanisme te identificeren waarmee LDH werkt. Dit inzicht zou verdere aanpassing van de therapie mogelijk moeten maken, wat, in combinatie met andere elementen, uiteindelijk zou kunnen resulteren in een alomvattend, klinisch toepasbaar systeem voor verlichting van ruggenmergletsel bij mensen.

Het onderzoek verscheen op 2 februari in het American Chemical Society-tijdschrift ACS Nano.

Er bestaat geen effectieve behandeling voor ruggenmergletsels, die altijd gepaard gaan met het afsterven van neuronen, het breken van axonen of zenuwvezels en ontstekingen.

Hoewel het lichaam nieuwe neurale stamcellen blijft genereren, belemmert deze inflammatoire micro-omgeving (de onmiddellijke, kleinschalige omstandigheden op de plaats van het letsel) de regeneratie van neuronen en axonen ernstig. Erger nog, de langdurige activering van immuuncellen in dit gebied resulteert ook in secundaire laesies van het zenuwstelsel, waardoor de stamcellen zich niet kunnen differentiëren in nieuwe celtypen.

Als deze agressieve immuunrespons op de plaats van het letsel zou kunnen worden gematigd, bestaat de mogelijkheid dat neurale stamcellen kunnen differentiëren en neurale regeneratie kan optreden.

De afgelopen jaren is een reeks nieuwe biomaterialen op nanoschaal – natuurlijke of synthetische materialen die interageren met biologische systemen – ontworpen om de activering van neurale stamcellen te ondersteunen, samen met hun mobilisatie en differentiatie. Sommige van deze ‘nanocomposieten’ zijn in staat medicijnen op de plaats van het letsel af te leveren en de neuronale regeneratie te versnellen.

Deze nanocomposieten zijn vooral aantrekkelijk voor behandeling van het ruggenmerg vanwege hun lage toxiciteit. Weinigen zijn echter in staat de immuunreactie ter plaatse te remmen of te matigen, en pakken dus het onderliggende probleem niet aan. Bovendien blijven de onderliggende mechanismen van hoe ze werken onduidelijk.

Nanogelaagd dubbel hydroxide (LDH) is een soort klei met veel interessante biologische eigenschappen die relevant zijn voor verwondingen aan het ruggenmerg, waaronder goede biocompatibiliteit (vermogen om afstoting door het lichaam te voorkomen), veilige biologische afbraak (afbraak en verwijdering van de moleculen na aanbrengen) en uitstekende ontstekingsremmend vermogen.

LDH is al uitgebreid onderzocht in de biomedische technologie met betrekking tot de regulering van de immuunrespons, maar vooral op het gebied van antitumortherapie.

“Deze eigenschappen maakten LDH tot een veelbelovende kandidaat voor het creëren van een veel gunstiger micro-omgeving voor herstel van ruggenmergletsel”, zegt Rongrong Zhu van de afdeling Orthopedie van het Tongji Ziekenhuis, eerste auteur van het onderzoek.

Onder leiding van Liming Cheng, de corresponderende auteur van de studie, transplanteerde het onderzoeksteam de LDH naar de verwondingsplaats van muizen en ontdekte dat het nanobiomateriaal de migratie van neurale stamcellen, neurale differentiatie, activering van kanalen voor neuronexcitatie en inductie aanzienlijk had versneld. van actiepotentiaal (zenuwimpuls) activering.

De muizen vertoonden ook aanzienlijk verbeterd voortbewegingsgedrag vergeleken met de controlegroep muizen. Toen de LDH werd gecombineerd met Neurotrofin-3 (NT3), een eiwit dat de groei en differentiatie van nieuwe neuronen stimuleert, genoten de muizen bovendien van zelfs betere hersteleffecten dan de LDH op zichzelf. In wezen stimuleert de NT3 de neuronale ontwikkeling, terwijl de LDH een omgeving creëert waarin die ontwikkeling kan gedijen.

Vervolgens konden de onderzoekers via transcriptionele profilering, of analyse van genexpressie van duizenden genen tegelijk, identificeren hoe de LDH zijn hulp uitvoert.

Ze ontdekten dat zodra LDH aan celmembranen is gehecht, het een grotere activering van het ‘transforming growth factor-β receptor 2’ (TGFBR2) gen veroorzaakt, waardoor de productie van witte bloedcellen die ontstekingen versterken afneemt en de productie van witte bloedcellen toeneemt. die ontstekingen remmen.

Bij toepassing van een chemische stof die TGFBR2 remt, ontdekten ze dat de gunstige effecten omgekeerd waren.

Het begrip van hoe LDH deze effecten uitvoert zou de onderzoekers nu in staat moeten stellen de therapie aan te passen om de prestaties ervan te verbeteren en uiteindelijk een alomvattend therapeutisch systeem voor ruggenmergletsels te creëren – door deze biomaterialen te combineren met neurotrofe factoren zoals NT3 – dat kan worden gebruikt in klinische toepassingen. op mensen.

bron

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