Nanobiomaterial ökar neuronal tillväxt hos möss med ryggmärgsskador

Forskare från avdelningen för ortopedi vid Tongji-sjukhuset vid Tongji-universitetet i Shanghai har framgångsrikt använt ett nanobiomaterial som kallas skiktad dubbelhydroxid (LDH) för att hämma den inflammatoriska miljön kring ryggmärgsskador hos möss, påskynda regenereringen av neuroner och återuppbyggnad av nervkretsen i ryggraden.

Forskarna kunde också identifiera den underliggande genetiska mekanismen genom vilken LDH fungerar. Denna förståelse bör möjliggöra ytterligare modifiering av terapin, som, i kombination med andra element, äntligen skulle kunna producera ett omfattande, kliniskt tillämpbart system för lindring av ryggmärgsskada hos människor.

Forskningen publicerades i American Chemical Society-tidskriften ACS Nano den 2 februari.

Det finns ingen effektiv behandling för ryggmärgsskador, som alltid åtföljs av neurons död, brott av axoner eller nervfibrer och inflammation.

Även om kroppen fortsätter att generera nya neurala stamceller, hindrar denna inflammatoriska mikromiljö (de omedelbara, småskaliga förhållandena på skadeplatsen) allvarligt regenereringen av neuroner och axoner. Ännu värre är att den förlängda aktiveringen av immunceller i detta område också resulterar i sekundära lesioner i nervsystemet, vilket i sin tur hindrar stamcellerna från att differentiera sig till nya celltyper.

Om detta aggressiva immunsvar på skadestället kunde modereras, finns det möjlighet att neurala stamceller kan börja differentieras och neural regenerering kan inträffa.

Under de senaste åren har en rad nya biomaterial i nanoskala - naturliga eller syntetiska material som interagerar med biologiska system - designats för att hjälpa till med aktivering av neurala stamceller, tillsammans med deras mobilisering och differentiering. Vissa av dessa "nanokompositer" kan leverera läkemedel till skadestället och påskynda neuronal regenerering.

Dessa nanokompositer är särskilt attraktiva för ryggmärgsbehandling på grund av deras låga toxicitet. Det är dock få som har någon förmåga att hämma eller dämpa immunreaktionen på platsen, och tacklar därför inte det underliggande problemet. Dessutom är de underliggande mekanismerna för hur de fungerar fortfarande oklara.

Nanoskiktad dubbelhydroxid (LDH) är en sorts lera med många intressanta biologiska egenskaper som är relevanta för ryggmärgsskador, inklusive god biokompatibilitet (förmåga att undvika avstötning av kroppen), säker biologisk nedbrytning (nedbrytning och avlägsnande av molekylerna efter applicering) och utmärkt antiinflammatorisk förmåga.

LDH har redan undersökts brett inom biomedicinsk teknik med avseende på reglering av immunsvar, men främst inom området antitumörterapi.

"Dessa egenskaper gjorde LDH till en riktigt lovande kandidat för att skapa en mycket mer fördelaktig mikromiljö för återhämtning av ryggmärgsskada", säger Rongrong Zhu vid avdelningen för ortopedi på Tongji-sjukhuset, första författare till studien.

Under ledning av Liming Cheng, motsvarande författare till studien, transplanterade forskargruppen LDH till skadestället på möss och fann att nanobiomaterialet hade signifikant accelererat neurala stamcellers migration, neural differentiering, aktivering av kanaler för neuronexcitation och induktion. av aktionspotential (nervimpuls) aktivering.

Mössen uppvisade också signifikant förbättrat lokomotivbeteende jämfört med kontrollgruppen av möss. Dessutom, när LDH kombinerades med Neurotrophin-3 (NT3), ett protein som uppmuntrar tillväxt och differentiering av nya neuroner, fick mössen ännu bättre återhämtningseffekter än LDH på egen hand. I huvudsak ökar NT3 neuronal utveckling medan LDH skapar en miljö där den utvecklingen tillåts frodas.

Sedan, via transkriptionell profilering, eller analys av genuttryck av tusentals gener på en gång, kunde forskarna identifiera hur LDH utför sin assistans.

De fann att när LDH väl är fäst vid cellmembran, provocerar det en större aktivering av genen "transforming growth factor-β-receptor 2" (TGFBR2), vilket minskar produktionen av vita blodkroppar som ökar inflammationen och ökar produktionen av vita blodkroppar. som hämmar inflammation.

Vid applicering av en kemikalie som hämmar TGFBR2 fann de att de fördelaktiga effekterna var omvända.

Förståelsen av hur LDH utför dessa effekter bör nu göra det möjligt för forskarna att justera terapin för att förbättra dess prestanda och för att slutligen skapa ett omfattande terapeutiskt system för ryggmärgsskador - kombinera dessa biomaterial med neurotrofiska faktorer som NT3 - som kan användas i klinisk tillämpning på människor.

Källa

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