Neuroner i rygmarvsskader forbindes igen in vivo via carbon nanorørsvampe

Forskning udført af to grupper ved Center for Cooperative Research in Biomaterials CIC biomaGUNE og en hos SISSA, Scuola Internazionale Superiore di Studi Avanzati (Italien), har vist, at funktionelle materialer baseret på kulstof nanorør letter genforbindelsen af ​​neuronale netværk beskadiget som følge af rygmarvsskader. Studiet, udgivet af det videnskabelige tidsskrift PNAS ( Proceedings of the National Academy of Sciences ), udgør et stort skridt fremad i forskningen rettet mod bedring efter skader af denne type.

Forskergrupperne ledet af Ikerbaskisk professor og Axa Chair ved CIC biomaGUNE Maurizio Prato, der er en verdensomspændende reference inden for kulstofbaserede nanomaterialer, og den, der ledes af professor Laura Ballerini ved SISSA i Trieste (Italien) har erfaring med at bruge nanoteknologi og nanomaterialer til at reparere neurale skader. Samarbejde mellem grupperne har vist, at biomaterialer baseret på kulstof nanorør letter kommunikationen mellem neuroner, neuronal vækst og etablering af forbindelser ved hjælp af materialer af denne type.

"De elektriske og mekaniske egenskaber af dette materiale muliggør mange anvendelser, der er utænkelige for andre materialer. Især, interaktionen af ​​excitable celler, såsom nerve- og hjerteceller, gøre kulstof nanorør af stor relevans. Kommunikationen mellem celler øges, når den forbindes med kulstofnanorør, og det er også muligt at konstruere mekanisk stabile stilladser, der opretholder nervevækst, " siger professor Prato.

"Grupperne af Prato og Ballerini havde tidligere demonstreret dannelsen af ​​neuronale forbindelser i in vitro-systemer i cellekulturer. hvad der stadig stod tilbage var springet til en in vivo dyremodel af rygmarvslæsion, muligheden for at se, om kommunikationen mellem individuelle neuroner faktisk også fandt sted på niveau med komplette neuronale fibre i en in vivo-model, og om der blev opnået funktionelle resultater, " forklarede Pedro Ramos, Ikerbaskisk professor ved CIC biomaGUNE, leder af Magnetic Resonance Imaging Unit og den tredje nøglespiller i forskningen.

I dette seneste gennembrud lykkedes det forskerne "at demonstrere, at i et sæt dyr med delvis overskæring af rygmarven, genforbindelsen af ​​fibre etableres faktisk gradvist ved hjælp af det indsatte implantat, en slags svamp af kulstof nanorør bestående af sammenvævede fibre. Nerverne forbindes igen i det område, hvor de var blevet beskadiget, og, Hvad er mere, dyrene genvandt funktionalitet, frem for alt i bagbenene, den mest berørte af læsionen. Det blev også påvist, at materialet er biokompatibelt, med andre ord, ingen immunreaktion blev påvist, sagde Pedro Ramos.

Efter hans opfattelse dette betydelige gennembrud udgør "et håb fremadrettet med hensyn til at fremme helbredelse fra rygmarvsskader af denne type, af synsnerven, eller endda fra en slags traumatisk skade, hvor neuronal forbindelse er gået tabt, og mobiliteten af ​​et lem er påvirket." Han tilføjer, at der vil gå noget tid, før deres forskning finder klinisk anvendelse.

Et mål i horisonten

Som Ramos forklarede, forskningen blev udført "under stærkt kontrollerede forhold, ligesom enhver laboratorieundersøgelse, " og det er nødvendigt at komme videre:"Der er mange aspekter, hvor der skal arbejdes videre med hensyn til materialet, de forhold, hvorunder materialet er implanteret, de forhold, hvorunder materialet skal fungere, etc."

For eksempel, det er afgørende at grundigt udforske materialets mikrostrukturelle og mekaniske egenskaber, eller de egenskaber, der letter neuronal forbindelse, dermed forhindre mulige bivirkninger eller endda afvisning af selve materialet (stivhed, elasticitet, svampethed, kompakthed, størrelsen af ​​de porer, der forbliver mellem fibrene, etc.). Det er også vigtigt at fremme produktionsmetoderne, så de er så stabile og reproducerbare som muligt. og så komponenter, vækstfaktorer eller andre stoffer, der letter neuronal kommunikation, kan indsættes i dens struktur.

Desuden, det er nødvendigt at undersøge de forhold, der ville tillade klinisk implantation af materialerne:"Det er vigtigt at se, hvordan og hvornår de skal implanteres. I undersøgelsen, vi indsatte implantatet under en akut læsionsfase, så vi behøvede ikke kæmpe med eksistensen af ​​et glialar, osv." Desuden "man skulle se, om disse resultater er bekræftet i andre dyremodeller med mindre neuronal plasticitet."

Et af hovedaspekterne af denne genforbindelsesproces er "at finde ud af, om de samme forbindelser, der eksisterede før læsionen, genoprettes, eller om neuronal plasticitet finder sted, med andre ord, om nye forbindelser, der ikke eksisterede tidligere, etableres, og nervesystemet søger en anden måde at genoprette forbindelse for at tilpasse sig den nye situation." I denne henseende, med hensyn til billeddannelse, "Vi gør fremskridt i udviklingen af ​​funktionelle billeddannelsesteknikker, der gør os i stand til at se forbindelserne mellem hjernen og det perifere nervesystem fra et funktionelt synspunkt, " han sagde.

CIC biomaGUNE-forskeren påpeger, at "vi er langt fra at være i stand til at overføre dette til mennesker. Det viser alle træk ved at være overførbart, det har vist sig at virke, for at være effektiv og ikke føre til bivirkninger i dyremodeller. Der skal arbejdes for at nå målet, men vi er på vej i den rigtige retning."