Stamceller + nanofibre =Lovende nerveforskning

Hver uge i sin klinik på University of Michigan, neurolog Joseph Corey, M.D., Ph.D., behandler patienter, hvis nerver dør eller skrumper på grund af sygdom eller skade.

Han ser smerten, tabet af evner og de andre virkninger, som nerveødelæggende tilstande forårsager – og ønsker, at han kunne give patienterne mere effektive behandlinger, end hvad der er tilgængeligt, eller regenerere deres nerver. Så tager han til sit forskningslaboratorium på VA Ann Arbor Healthcare System, hvor hans team arbejder hen imod netop det mål.

I ny forskning offentliggjort i flere nyere artikler, Corey og hans kolleger fra UM Medical School, VAAAHS og University of California, San Francisco rapporterer succes med at udvikle polymer nanofiberteknologier til at forstå, hvordan nerver dannes, hvorfor de ikke forbinder igen efter skade, og hvad der kan gøres for at forhindre eller bremse skader.

Brug af polymer nanofibre tyndere end menneskehår som stilladser, forskere lokkede en bestemt type hjernecelle til at vikle omkring nanofibre, der efterligner formen og størrelsen af ​​nerver, der findes i kroppen.

De har endda formået at fremme myeliniseringsprocessen – dannelsen af ​​en beskyttende belægning, der beskytter større nervefibre mod skader. De begyndte at se flere koncentriske lag af det beskyttende stof kaldet myelin begynde at dannes, ligesom de gør i kroppen. Sammen med laboratorieteamet af deres samarbejdspartner Jonah Chan ved UCSF, forfatterne rapporterede resultaterne i Naturens metoder .

Forskningen involverer oligodendrocytter, som er de understøttende aktører til neuroner - "stjernerne" i centralnervesystemet. Uden oligodendrocytter, neuroner i centralnervesystemet kan ikke effektivt overføre de elektriske signaler, der styrer alt fra muskelbevægelser til hjernefunktion.

Oligodendrocytter er den type celler, der typisk påvirkes af dissemineret sklerose, og tab af myelin er et kendetegn for den invaliderende sygdom.

Forskerne har også bestemt den optimale diameter for nanofibrene til at understøtte denne proces - hvilket giver vigtige nye spor til at besvare spørgsmålet om, hvorfor nogle nerver er myeliniserede, og nogle ikke er det.

Selvom de endnu ikke har skabt fuldt fungerende "nerver i en skål, "Forskerne mener, at deres arbejde tilbyder en ny måde at studere nerver og teste behandlingsmuligheder på. Corey, en assisterende professor i neurologi og biomedicinsk teknik ved UM Medical School og forsker i VA Geriatrics Research, Uddannelse og Klinisk Center, forklarer, at de tynde fibre er afgørende for arbejdets succes.

"Hvis det er omtrent samme længde og diameter som en neuron, nervecellerne følger det, og deres form og placering stemmer overens med det, " siger han. "I bund og grund, disse fibre har samme størrelse som en neuron."

Forskerne brugte polystyren, en almindelig plastik, at lave fibre gennem en teknik kaldet elektrospinning. I en nylig artikel i Materials Science and Engineering C, de opdagede nye teknikker til at optimere, hvordan fibre fremstillet af poly-L-lactid, en biologisk nedbrydelig polymer, kan justeres bedre til at ligne neuroner og til at guide regenererende nerveceller.

De arbejder også på at bestemme de faktorer, der får oligodendrocytter til at binde sig til de lange smalle axoner af neuroner, og måske også for at begynde at danne myelinskeder.

Ved at knytte bestemte molekyler til nanofibrene, Corey og hans kolleger håber at lære mere om, hvad der får denne proces til at fungere – og hvad der får den til at gå skævt, som ved sygdomme forårsaget af dårlig nerveudvikling.

"Det, vi skal gøre for multipel sklerose, er at tilskynde nerver til at remyelinere, " siger han. "For nerveskader forårsaget af traumer, på den anden side, vi skal tilskynde til regenerering."

Ud over Corey, forskningen er blevet ledet af Chan, Rachleff professor i neurologi ved UCSF, VAAAHS laboratorieteammedlem og U-M-kandidat Samuel J. Tuck, U-M biomedicinsk ingeniørstuderende Michelle Leach, UCSFs Stephanie Redmond, Seonook Lee, Synthia Mellon og S.Y. Christin Chong, og Zhang-Qi Feng fra U-M Biomedical Engineering.

Perifere nerver, som har neuroner i midten omgivet af celler kaldet Schwann-celler, kan også studeres ved hjælp af nanofiberteknikken. Systemet kunne også bruges til at studere, hvordan forskellige typer celler interagerer under og efter nervedannelse.

Mod at skabe nye nerver, Coreys laboratorium har samarbejdet med R. Keith Duncan, PhD, Lektor i Otolaryngologi. Udgivet i Biomakromolekyler , de fandt ud af, at stamceller er mere tilbøjelige til at udvikle sig til neuroner, når de dyrkes på afstemte nanofibre produceret i Coreys laboratorium. De håber til sidst at bruge denne tilgang til at opbygge nye nerver fra stamceller og dirigere deres forbindelser til ubeskadigede dele af hjernen og til muskler.

Til sidst, Corey forestiller sig, måske kunne nerver dyrkes langs nanofibre i et laboratoriemiljø og derefter overføres til patienters kroppe, hvor fiberen sikkert kan nedbrydes.