211service.com
Regenererande nerver
Människokroppen kan vara otroligt motståndskraftig: sår läker, ben läker, ligament växer ihop igen. Men återhämtning från nervskador är mycket mindre tillförlitlig. I senaste numret av Avancerade material , meddelade forskarna Christiane Gumera och Yadong Wang från Georgia Institute of Technology att de har utlöst återväxten av nervceller med hjälp av en polymer belagd med kemiska strukturer som liknar acetylkolin, en vanlig neurotransmittor. Forskningen, som är den första som kombinerar en signalsubstans och en polymer, kan en dag leda till behandlingar för neurodegenerativa sjukdomar och ryggmärgsskador.
Omvårdnad nerver: Christiane Gumera och Yadong Wang från Georgia Tech (överst) tittar på färgade neuroner som odlats ovanpå en polymer spetsad med kemiska strukturer som liknar signalsubstansen acetylkolin. Polymeren stimulerar tillväxten av neuronernas informationsbärande projektioner, kända som neuriter (nedan).
Många människor har gjort biopolymerarbete, säger Christine Schmidt, en biomedicinsk ingenjör vid University of Texas i Austin. Men detta visar att en polymer med en signalsubstans kan användas för att styra tillväxten i nervsystemet.
Tidigare forskning har identifierat flera medel som kan stimulera återväxten av nervceller, eller neuroner, ett protein som kallas laminin främst bland dem. Men laminin är vattenlösligt och löser sig snabbt i kroppens vattenbaserade miljö. Georgia Tech-forskarnas material fungerade lika bra som laminin, men eftersom det är vattenolösligt är det mer sannolikt att det stannar på plats om det sätts in i en patients kropp, och det kan stimulera tillväxten av nervceller i veckor istället för dagar.
Acetylkolin, signalsubstansen som forskarna koncentrerat sig på, är en av de vanligast förekommande. Liksom alla neurotransmittorer bär, förstärker och modulerar den signaler som skickas mellan neuroner. I flera år har det varit känt att acetylkolin stimulerar tillväxten av en neurons informationsbärande projektioner, eller neuriter: den ensamma, långa sändaren som kallas axon och de många korta mottagare som kallas dendriter. Men kroppens enzymer bryter isär acetylkolin mindre än en sekund efter att ha upptäckt det, eftersom för mycket acetylkolin är giftigt och hämmar neuriter.
För att ge deras acetylkolinliknande kemikalie en kontrollerad, långsiktig effekt, fäste forskarna den till ett material som enzymer inte kan bryta isär: en flexibel och biologiskt nedbrytbar polyester. Wang noterar att andra kemiska budbärare kan fästas på polymerens ryggrad, och att hela sammansättningen bryts ner efter flera veckor.
Wang och Gumera placerade en liten bit av råttnerven och dess omgivande vävnad på polymeren och mätte nervlängden under de kommande fyra till sex dagarna. Neuriterna växte stadigt i sex dagar och började sedan sakta ner. Den längsta neuriten som producerades var mer än fem millimeter lång, med en maximal tillväxthastighet på 0,7 millimeter per dag.
Wang och Gumera testade också material där deras acetylkolin står in – känd som en acetylkolinliknande funktionell grupp – och polymeren kombinerades i olika förhållanden. Neurittillväxten ökade med koncentrationen av den funktionella gruppen, upp till 70 procent. Material med koncentrationer av den funktionella gruppen högre än 70 procent hämmade neurittillväxt. Forskarna testade också polymeren mot laminin, guldstandarden för neurittillväxt, enligt Wang, och neurittillväxten som inducerades av båda materialen var nästan densamma. Wang planerar att börja arbeta på en polymer med funktionella grupper som efterliknar både acetylkolin och laminin, vilket han hoppas ska ge en ännu starkare effekt.
Wang arbetar också med att tillverka polymeren i konfigurationer som skulle vara mer terapeutiskt användbara. Just nu har vi bara en platt beläggning av polymer, säger han. Vad vi försöker göra härnäst är att spinna polymeren till nano- eller submikrofibrer. Eftersom polymeren är gjord av polyester borde det vara enkelt att manipulera den till andra former, säger Schmidt vid University of Texas.
Under de rätta omständigheterna är skadade neuroner kapabla till viss regenerering, men ärrvävnad hämmar deras tillväxt. Wang, som har arbetat med polymerforskningen i mer än tre år, tror att kirurger en dag skulle kunna trä fibrer av en polymer översållad med tillväxtfrämjande medel genom ärrvävnad och leda neuriterna till en miljö där de kan fortsätta att växa av sig själva . När du väl når rätt miljö kommer det att få neuronen att växa väldigt bra, säger han. Några millimeter av fibern som sätts in kirurgiskt skulle räcka för att övervinna de frånstötande effekterna av ärrvävnad.
För att behandla neurodegenerativa sjukdomar som Alzheimers, hoppas Wang kunna använda polymeren för att mer effektivt generera neuroner som kan transplanteras till patienter.
All terapeutisk användning av den neurotransmittorhärmande polymeren är dock fortfarande år borta. Att designa nya material med olika funktionalitet är tufft, säger Schmidt. Men detta kan leda till nya resultat. Det finns mycket potential.