Peptidhydrogeler kan hjælpe med at helbrede traumatiske hjerneskader

Traumatisk hjerneskade (TBI) - defineret som en bump, slag eller stød i hovedet, der forstyrrer normal hjernefunktion - sendte 2,5 millioner mennesker i USA til skadestuen i 2014, ifølge statistikker fra U.S. Centers for Disease Control and Prevention. I dag, forskere rapporterer en selvsamlende peptidhydrogel, der, når det injiceres i hjernen på rotter med TBI, øget genvækst af blodkar og neuronal overlevelse.

Forskerne vil præsentere deres resultater på American Chemical Society (ACS) National Meeting &Exposition efterår 2019.

"Når vi tænker på traumatiske hjerneskader, vi tænker på soldater og atleter, " siger Biplab Sarkar, Ph.D., der præsenterer arbejdet på mødet. "Men de fleste TBI'er sker faktisk, når folk falder eller er involveret i motorkøretøjsulykker. Da gennemsnitsalderen i landet fortsætter med at stige, særligt antallet af faldulykker vil også stige."

TBI omfatter to typer skader. Primær skade skyldes den indledende mekaniske skade på neuroner og andre celler i hjernen, samt blodkar. Sekundære skader, som kan forekomme sekunder efter TBI og vare i årevis, omfatter oxidativ stress, betændelse og forstyrrelse af blod-hjerne-barrieren. "Den sekundære skade skaber dette neurotoksiske miljø, der kan føre til langsigtede kognitive virkninger, " siger Sarkar. F.eks. TBI-overlevere kan opleve nedsat motorisk kontrol og en øget frekvens af depression, han siger. I øjeblikket, der er ingen effektiv regenerativ behandling for TBI'er.

Sarkar og Vivek Kumar, Ph.D., projektets hovedforsker, ønskede at udvikle en terapi, der kunne hjælpe med at behandle sekundære skader. "Vi ønskede at være i stand til at genskabe nye blodkar i området for at genoprette iltudvekslingen, som reduceres hos patienter med en TBI, " siger Sarkar. "Også, vi ønskede at skabe et miljø, hvor neuroner kan understøttes og endda trives. "

Forskerne, både på New Jersey Institute of Technology, havde tidligere udviklet peptider, der selv kan samle sig til hydrogeler, når de sprøjtes ind i gnavere. Ved at inkorporere udsnit af bestemte proteinsekvenser i peptiderne, teamet kan give dem forskellige funktioner. For eksempel, Sarkar og Kumar har tidligere udviklet angiogene peptidhydrogeller, der vokser nye blodkar, når de injiceres under musens hud.

For at tilpasse deres teknologi til hjernen, Sarkar og Kumar modificerede peptidsekvenserne for at få hydrogelens materialeegenskaber til at ligne hjernevævets egenskaber, som er blødere end de fleste andre væv i kroppen. De vedhæftede også en sekvens fra et neurobeskyttende protein kaldet ependymin. Forskerne testede den nye peptidhydrogel i en rottemodel af TBI. Ved indsprøjtning på skadestedet, peptiderne samlede sig selv til en hydrogel, der fungerede som en neurobeskyttende niche, som neuroner kunne binde sig til.

En uge efter injektion af hydrogelen, holdet undersøgte rotternes hjerner. De fandt ud af, at i nærværelse af hydrogel, hjernecellernes overlevelse dramatisk forbedret, hvilket resulterer i omkring dobbelt så mange neuroner på skadestedet hos behandlede rotter end hos kontroldyr med hjerneskade. Ud over, forskerne så tegn på dannelse af nye blodkar. "Vi så nogle indikationer på, at rotterne i den behandlede gruppe var mere ambulante end dem i kontrolgruppen, men vi er nødt til at lave flere eksperimenter for rent faktisk at kvantificere det, " siger Sarkar.

Ifølge Kumar, et af de næste trin vil være at studere de behandlede dyrs adfærd for at vurdere deres funktionelle genopretning fra TBI. Forskerne er også interesserede i at behandle rotter med en kombination af deres tidligere angiogene peptid og deres nye neurogene version for at se, om dette kunne forbedre restitutionen. Og endelig, de planlægger at finde ud af, om peptidhydrogelerne virker til mere diffuse hjerneskader, såsom hjernerystelser. "Vi har set, at vi kan injicere disse materialer i en defineret skade og få god vævsregenerering, men vi samarbejder også med forskellige grupper for at finde ud af, om det kan hjælpe med de typer skader, vi ser hos soldater, veteraner og endda folk, der arbejder på byggepladser, som oplever eksplosionsskader, " siger Kumar.