Nanobiomaterial øker nevronveksten hos mus med ryggmargsskader

Forskere fra avdelingen for ortopedi ved Tongji sykehus ved Tongji University i Shanghai har med suksess brukt et nanobiomateriale kalt lagdelt dobbelthydroksid (LDH) for å hemme det inflammatoriske miljøet rundt ryggmargsskader hos mus, og akselerere regenereringen av nevroner og rekonstruksjon av nevrale kretsløp i mus. ryggraden.

Forskerne var også i stand til å identifisere den underliggende genetiske mekanismen som LDH fungerer med. Denne forståelsen skulle tillate ytterligere modifisering av terapien, som, i kombinasjon med andre elementer, endelig kunne produsere et omfattende, klinisk anvendelig system for lindring av ryggmargsskade hos mennesker.

Forskningen dukket opp i tidsskriftet American Chemical Society ACS Nano 2. februar.

Det finnes ingen effektiv behandling for ryggmargsskader, som alltid er ledsaget av død av nevroner, brudd på aksoner eller nervefibre og betennelse.

Selv om kroppen fortsetter å generere nye nevrale stamceller, hindrer dette inflammatoriske mikromiljøet (de umiddelbare, småskala forholdene på skadestedet) alvorlig regenerering av nevroner og aksoner. Enda verre, langvarig aktivering av immunceller i dette området resulterer også i sekundære lesjoner i nervesystemet, som igjen hindrer stamcellene i å differensiere seg til nye celletyper.

Hvis denne aggressive immunresponsen på skadestedet kunne modereres, er det en mulighet for at nevrale stamceller kan begynne differensiering, og nevrale regenerering kan forekomme.

De siste årene har en rekke nye biomaterialer i nanoskala - naturlige eller syntetiske materialer som samhandler med biologiske systemer - blitt designet for å hjelpe aktivering av nevrale stamceller, sammen med deres mobilisering og differensiering. Noen av disse "nanokomposittene" er i stand til å levere medikamenter til skadestedet og akselerere nevronal regenerering.

Disse nanokomposittene er spesielt attraktive for ryggmargsbehandling på grunn av deres lave toksisitet. Imidlertid er det få som har noen evne til å hemme eller moderere immunreaksjonen på stedet, og takler derfor ikke det underliggende problemet. Dessuten er de underliggende mekanismene for hvordan de fungerer fortsatt uklare.

Nanolagsdobbelt hydroksyd (LDH) er en slags leire med mange interessante biologiske egenskaper som er relevante for ryggmargsskader, inkludert god biokompatibilitet (evne til å unngå avstøtning av kroppen), sikker biologisk nedbrytning (nedbrytning og fjerning av molekylene etter påføring), og utmerket anti-inflammatorisk evne.

LDH har allerede blitt mye utforsket innen biomedisinsk ingeniørfag med hensyn til immunresponsregulering, men hovedsakelig innen antitumorterapi.

"Disse egenskapene gjorde LDH til en virkelig lovende kandidat for å skape et mye mer fordelaktig mikromiljø for utvinning av ryggmargsskade," sier Rongrong Zhu ved Institutt for ortopedi ved Tongji Hospital, førsteforfatter av studien.

Under ledelse av Liming Cheng, tilsvarende forfatter av studien, transplanterte forskerteamet LDH til skadestedet til mus og fant at nanobiomaterialet hadde betydelig akselerert migrasjon av nevrale stamceller, nevral differensiering, aktivering av kanaler for nevroneksitasjon og induksjon. av aksjonspotensial (nerveimpuls) aktivering.

Musene viste også betydelig forbedret lokomotivatferd sammenlignet med kontrollgruppen av mus. I tillegg, når LDH ble kombinert med Neurotrophin-3 (NT3), et protein som oppmuntrer til vekst og differensiering av nye nevroner, fikk musene enda bedre utvinningseffekter enn LDH alene. I hovedsak øker NT3 nevronal utvikling mens LDH skaper et miljø hvor den utviklingen får lov til å trives.

Deretter, via transkripsjonsprofilering, eller analyse av genuttrykk av tusenvis av gener på en gang, var forskerne i stand til å identifisere hvordan LDH utfører sin assistanse.

De fant at når LDH er festet til cellemembraner, provoserer det større aktivering av genet "transforming growth factor-β-reseptor 2" (TGFBR2), noe som reduserer produksjonen av de hvite blodcellene som øker betennelsen og øker produksjonen av de hvite blodcellene. som hemmer betennelse.

Ved påføring av et kjemikalie som hemmer TGFBR2, fant de at de gunstige effektene ble reversert.

Forståelsen av hvordan LDH utfører disse effektene bør nå gjøre det mulig for forskerne å tilpasse terapien for å forbedre ytelsen og til slutt skape et omfattende terapeutisk system for ryggmargsskader – ved å kombinere disse biomaterialene med nevrotrofiske faktorer som NT3 – som kan brukes i klinisk bruk på mennesker.

kilde

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