Создан трехмерный каркас для роста поврежденной нервной ткани

В международной команде разработчиков технологии – два российских исследователя.

Инженеры и биологи разработали метод, использование которого поможет нервам, повреждённым в результате травм, восстановиться самостоятельно, что увеличивает шансы на возвращение чувствительности и двигательных функций травмированным конечностям.

В совместном исследовании с лазерным Центром Ганновера (Германия) группа учёных из Университета Шеффилда разработала новый способ изготовления имплантов, называемых «каналами для управления ростом нервной ткани» или NGC (nerve guidance conduits). Во многих лабораториях, занимающихся данной тематикой, NGC пробуют получать из самых различных натуральных и синтетических материалов и с применением различных технологий.  В данной работе достигнут технологический успех. Результаты опубликованы недавно в журнале Biofabrication.  Среди разработчиков  два русских исследователя – Б. Н. Чичков и А. Королева.

Новый метод получения имплантируемых структур основан на использовании двухфотонной полимеризации (2РР), позволяющей создать «базовый каркас» в виде  ячеистой сотовой структуры для заполнения растущей нервной тканью. Этот каркас был изготовлен из биодеградируемого полимера – полимолочной кислоты. (После того, как он выполняет свою функцию – он полностью «утилизируется» организмом.)  Данную структуру  удалось реплицировать (размножить) с помощью мягкой 3-D литографии.

Исследователи изучили возможности полученного «каркаса», заполнив его так называемыми шванновскими клетками, выращенными в культуре in vitro.  Известно,  что когда с нервной клеткой все в порядке, шванновские клетки, как слой изоленты, обматывают отросток нервной клетки (аксон), покрывая его защитным миелином. При повреждении аксона шванновские клетки  выстраивают первую линию защиты и репарации: они дедифференцируются (перерождаются), образуя так называемые «диски Бюнгнера» (bands of Bungner), внутрь которых может прорастать восстанавливающийся аксон, и выделяют специальные вещества, стимулирующие рост нервной ткани.  Идея разработчиков была в том, чтобы повторить архитектуру «дисков Бюнгнера».

У пациентов с тяжёлыми травмами нервов отсутствует чувствительность и/или двигательная активность пострадавшей конечности. Традиционно, где это возможно, проблему решают хирургическими методами, сшивая поврежденные ткани. Тем не менее, реконструктивная хирургия часто не приводит к полному выздоровлению.

«В отличие от спинного мозга, поврежденные нервы конечностей – ног и рук – могут в какой-то мере восстановиться, однако для этого им нужно помочь, – говорит профессор Университета Шеффилда Джон Хейкок. – Мы создаем имплантаты, которые «чинят» повреждения и выделяют ряд веществ – сигнальных молекул, стимулирующих восстановительный процесс».

«Нерв — это не один большой длинный провод, он состоит из нескольких малых «кабелей», как в электрическом проводе, – рассказал один из участников исследования доктор Фредерик Слейссенс.  – Используя наш новый метод, мы можем создать канал индивидуальных связей так, что нервные волокна могут сформировать структуру, подобную неповреждённым нервам».

Когда нерв полностью восстановлен, канал «рассасывается». Учёные надеются, что такой подход позволит восстановить нервы после многих типов повреждений периферических нервов. Во время лабораторных исследований нервные клетки, добавленные в полимер, выросли самостоятельно в его многоканальной структуре, и команда учёных теперь проводит клинические испытания.

«В случае успеха мы ожидаем, что эти имплантаты будут применяться не только при повреждении периферических нервов, но и могут быть доработаны для других типов травм нервных тканей. Наша методика, возможно, содействует исследованиям по разработке имплантатов даже для восстановления повреждений спинного мозга», – сообщил доктор Клейссенс.

«Особенно интересным в этой работе является не то, что мы нашли способ направить рост нервной ткани в нужном направлении, но также и простой способ ее «воспроизводства» с помощью микроматрицы, – добавил он. – Эта технология может иметь огромное значение для пациентов с тяжёлыми повреждениями».

Рис. 1. Конфокальная микроскопия шванновских клеток, выращенных на субстрате из полимолочной кислоты. Флуоресцентные метки: красным – F-актин (филаменты), голубым – ядро.
Рис. 2. Так выглядит NGC из полимолочной кислоты, созданный с помощью двухфотонной полимеризации (слева) и воссозданный с помощью техники микрорепликации (справа).
Рис. 3. Рост шванновских клеток внутри ячеек NGC.
Рис. 4. Шванновские клетки, выращенные на субстрате из полимолочной кислоты. Конфокальная микроскопия высокого разрешения.  Флуоресцентные метки: красным – винкулин (промежуточные филаменты), зеленым – F-актин (филаменты), голубым – ядро.
Рис. 5. При повреждении нерва шванновские клетки дедифференцируются (перерождаются), образуя так называемые «диски Бюнгнера» вокруг каждого аксона.