Nanobiomateriał przyspiesza wzrost neuronów u myszy z urazami rdzenia kręgowego

Naukowcy z Wydziału Ortopedii szpitala Tongji na Uniwersytecie Tongji w Szanghaju z powodzeniem zastosowali nanobiomateriał zwany podwójnym wodorotlenkiem warstwowym (LDH) do hamowania środowiska zapalnego otaczającego urazy rdzenia kręgowego u myszy, przyspieszając regenerację neuronów i rekonstrukcję obwodu nerwowego u myszy. kręgosłup.

Naukowcom udało się także zidentyfikować podstawowy mechanizm genetyczny działania LDH. To zrozumienie powinno pozwolić na dalszą modyfikację terapii, która w połączeniu z innymi elementami mogłaby ostatecznie stworzyć kompleksowy, klinicznie możliwy system łagodzenia urazów rdzenia kręgowego u ludzi.

Wyniki badania ukazały się 2 lutego w czasopiśmie ACS Nano Amerykańskiego Towarzystwa Chemicznego.

Nie ma skutecznego leczenia urazów rdzenia kręgowego, którym zawsze towarzyszy śmierć neuronów, uszkodzenie aksonów lub włókien nerwowych i zapalenie.

Chociaż organizm w dalszym ciągu wytwarza nowe nerwowe komórki macierzyste, to zapalne mikrośrodowisko (bezpośrednie, niewielkie warunki w miejscu urazu) poważnie utrudnia regenerację neuronów i aksonów. Co gorsza, długotrwała aktywacja komórek odpornościowych w tym obszarze powoduje również wtórne uszkodzenia układu nerwowego, co z kolei uniemożliwia komórkom macierzystym różnicowanie się w nowe typy komórek.

Jeśli uda się złagodzić tę agresywną odpowiedź immunologiczną w miejscu urazu, istnieje możliwość, że nerwowe komórki macierzyste zaczną się różnicować i nastąpi regeneracja nerwów.

W ostatnich latach opracowano szereg nowatorskich biomateriałów w skali nano — materiałów naturalnych lub syntetycznych, które oddziałują z układami biologicznymi — w celu wspomagania aktywacji nerwowych komórek macierzystych, a także ich mobilizacji i różnicowania. Niektóre z tych „nanokompozytów” są w stanie dostarczyć leki do miejsca uszkodzenia i przyspieszyć regenerację neuronów.

Te nanokompozyty są szczególnie atrakcyjne w leczeniu rdzenia kręgowego ze względu na ich niską toksyczność. Jednak niewielu ma jakąkolwiek zdolność do hamowania lub łagodzenia reakcji immunologicznej w danym miejscu, dlatego nie rozwiązują podstawowego problemu. Co więcej, podstawowe mechanizmy ich działania pozostają niejasne.

Nanowarstwowy podwójny wodorotlenek (LDH) to rodzaj glinki o wielu interesujących właściwościach biologicznych mających zastosowanie w urazach rdzenia kręgowego, w tym dobrej biokompatybilności (zdolność uniknięcia odrzucenia przez organizm), bezpiecznej biodegradacji (rozkład i usunięcie cząsteczek po aplikacji) oraz doskonałej zdolność przeciwzapalna.

LDH był już szeroko badany w inżynierii biomedycznej pod kątem regulacji odpowiedzi immunologicznej, ale głównie w dziedzinie terapii przeciwnowotworowej.

„Te właściwości sprawiły, że LDH jest naprawdę obiecującym kandydatem do stworzenia znacznie korzystniejszego mikrośrodowiska do gojenia po urazie rdzenia kręgowego” – mówi Rongrong Zhu z Oddziału Ortopedii szpitala Tongji, pierwszy autor badania.

Pod kierownictwem Liming Chenga, autora badania, zespół badawczy przeszczepił LDH do miejsca urazu myszy i odkrył, że nanobiomateriał znacznie przyspieszył migrację nerwowych komórek macierzystych, różnicowanie neuronów, aktywację kanałów pobudzenia neuronów i indukcję aktywacji potencjału czynnościowego (impulsu nerwowego).

Myszy wykazywały także znacząco lepsze zachowanie lokomotywowe w porównaniu z myszami z grupy kontrolnej. Ponadto, gdy LDH połączono z Neurotrofiną-3 (NT3), białkiem stymulującym wzrost i różnicowanie nowych neuronów, myszy uzyskały jeszcze lepszy efekt regeneracji niż sam LDH. Zasadniczo NT3 pobudza rozwój neuronów, podczas gdy LDH tworzy środowisko, w którym rozwój ten może się rozwijać.

Następnie, poprzez profilowanie transkrypcji, czyli analizę ekspresji tysięcy genów jednocześnie, badacze byli w stanie zidentyfikować, w jaki sposób LDH pełni swoją rolę.

Odkryli, że gdy LDH przyłączy się do błon komórkowych, wywołuje większą aktywację genu „receptora transformującego czynnika wzrostu β 2” (TGFBR2), zmniejszając wytwarzanie białych krwinek, które wzmagają stan zapalny i zwiększając produkcję białych krwinek które hamują stany zapalne.

Po zastosowaniu substancji chemicznej hamującej TGFBR2 odkryli, że korzystne efekty uległy odwróceniu.

Zrozumienie, w jaki sposób LDH wywołuje te efekty, powinno teraz pozwolić naukowcom na ulepszenie terapii w celu zwiększenia jej skuteczności i ostatecznie stworzyć kompleksowy system terapeutyczny urazów rdzenia kręgowego – łączący te biomateriały z czynnikami neurotroficznymi, takimi jak NT3 – który można zastosować w zastosowaniach klinicznych na ludziach.

Źródło

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