Vật liệu nano sinh học thúc đẩy sự phát triển tế bào thần kinh ở những con chuột bị chấn thương tủy sống

Các nhà nghiên cứu từ Khoa Chỉnh hình của Bệnh viện Tongji thuộc Đại học Tongji ở Thượng Hải đã sử dụng thành công vật liệu sinh học nano gọi là hydroxit kép phân lớp (LDH) để ức chế môi trường viêm xung quanh tổn thương tủy sống ở chuột, đẩy nhanh quá trình tái tạo tế bào thần kinh và tái tạo mạch thần kinh ở chuột. cột sống.

Các nhà nghiên cứu cũng có thể xác định cơ chế di truyền cơ bản mà LDH hoạt động. Sự hiểu biết này sẽ cho phép sửa đổi thêm liệu pháp, kết hợp với các yếu tố khác, cuối cùng có thể tạo ra một hệ thống toàn diện, có thể áp dụng lâm sàng để giảm chấn thương tủy sống ở người.

Nghiên cứu đã xuất hiện trên tạp chí ACS Nano của Hiệp hội Hóa học Hoa Kỳ vào ngày 2 tháng XNUMX.

Không có phương pháp điều trị hiệu quả đối với chấn thương tủy sống, những chấn thương này luôn đi kèm với cái chết của các tế bào thần kinh, đứt sợi trục hoặc sợi thần kinh và viêm.

Mặc dù cơ thể tiếp tục tạo ra các tế bào gốc thần kinh mới, môi trường vi mô gây viêm này (điều kiện tức thời, quy mô nhỏ tại vị trí tổn thương) cản trở nghiêm trọng quá trình tái tạo tế bào thần kinh và sợi trục. Tệ hơn nữa, việc kích hoạt kéo dài các tế bào miễn dịch trong khu vực này cũng dẫn đến các tổn thương thứ cấp của hệ thần kinh, do đó ngăn cản các tế bào gốc tự biệt hóa thành các loại tế bào mới.

Nếu phản ứng miễn dịch tích cực này tại vị trí tổn thương có thể được kiểm duyệt, thì có khả năng các tế bào gốc thần kinh có thể bắt đầu biệt hóa và quá trình tái tạo thần kinh có thể xảy ra.

Trong những năm gần đây, một loạt các vật liệu sinh học mới ở quy mô nano—vật liệu tự nhiên hoặc tổng hợp tương tác với các hệ thống sinh học—đã được thiết kế để hỗ trợ kích hoạt các tế bào gốc thần kinh, cùng với sự huy động và biệt hóa của chúng. Một số “vật liệu tổng hợp nano” này có khả năng vận chuyển thuốc đến vị trí tổn thương và đẩy nhanh quá trình tái tạo tế bào thần kinh.

Các nanocomposite này đặc biệt hấp dẫn đối với việc điều trị tủy sống do độc tính thấp của chúng. Tuy nhiên, một số ít có khả năng ức chế hoặc điều hòa phản ứng miễn dịch tại chỗ, và do đó không giải quyết được vấn đề cơ bản. Hơn nữa, các cơ chế cơ bản về cách chúng hoạt động vẫn chưa rõ ràng.

Hydroxit kép lớp nano (LDH) là một loại đất sét có nhiều đặc tính sinh học thú vị liên quan đến chấn thương tủy sống, bao gồm khả năng tương thích sinh học tốt (khả năng tránh bị cơ thể đào thải), phân hủy sinh học an toàn (phân hủy và loại bỏ các phân tử sau khi sử dụng) và khả năng tuyệt vời. khả năng chống viêm.

LDH đã được khám phá rộng rãi trong kỹ thuật y sinh liên quan đến quy định đáp ứng miễn dịch, nhưng chủ yếu là trong lĩnh vực trị liệu chống khối u.

Rongrong Zhu thuộc Khoa Chỉnh hình của Bệnh viện Tongji, tác giả đầu tiên của nghiên cứu cho biết: “Những đặc tính này khiến LDH trở thành một ứng cử viên thực sự hứa hẹn để tạo ra một môi trường vi mô có lợi hơn nhiều cho việc phục hồi chấn thương tủy sống.

Dưới sự lãnh đạo của Liming Cheng, tác giả tương ứng của nghiên cứu, nhóm nghiên cứu đã cấy LDH vào vị trí tổn thương của chuột và phát hiện ra rằng vật liệu sinh học nano đã tăng tốc đáng kể quá trình di chuyển tế bào gốc thần kinh, biệt hóa thần kinh, kích hoạt các kênh kích thích tế bào thần kinh và cảm ứng. kích hoạt điện thế hoạt động (xung thần kinh).

Những con chuột cũng thể hiện hành vi đầu máy được cải thiện đáng kể so với nhóm chuột đối chứng. Ngoài ra, khi LDH được kết hợp với Neurotrophin-3 (NT3), một loại protein khuyến khích sự phát triển và biệt hóa của các tế bào thần kinh mới, những con chuột thậm chí còn đạt được hiệu quả phục hồi tốt hơn so với LDH riêng lẻ. Về bản chất, NT3 thúc đẩy sự phát triển của tế bào thần kinh trong khi LDH tạo ra một môi trường để sự phát triển đó được phép phát triển.

Sau đó, thông qua hồ sơ phiên mã hoặc phân tích biểu hiện gen của hàng nghìn gen cùng một lúc, các nhà nghiên cứu có thể xác định cách LDH thực hiện hỗ trợ của nó.

Họ phát hiện ra rằng một khi LDH được gắn vào màng tế bào, nó sẽ kích hoạt nhiều hơn gen “yếu tố tăng trưởng biến đổi-β thụ thể 2” (TGFBR2), làm giảm sản xuất các tế bào bạch cầu làm tăng tình trạng viêm và tăng sản xuất các tế bào bạch cầu. mà ức chế viêm.

Sau khi áp dụng một hóa chất ức chế TGFBR2, họ nhận thấy các tác dụng có lợi đã bị đảo ngược.

Sự hiểu biết về cách LDH thực hiện các hiệu ứng này giờ đây sẽ cho phép các nhà nghiên cứu điều chỉnh liệu pháp để nâng cao hiệu suất của nó và cuối cùng tạo ra một hệ thống trị liệu toàn diện cho các tổn thương tủy sống—kết hợp các vật liệu sinh học này với các yếu tố dinh dưỡng thần kinh như NT3—có thể được sử dụng trong ứng dụng lâm sàng Về người.

nguồn

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