Autor: Martyna Sergiel
Gdy jakiś nerw w ciele zostaje przerwany, mózg traci kontakt z mięśniami na całe miesiące.
Naukowcy z Poznania i innych ośrodków opracowali drukowaną strukturę, za sprawą której komórki nerwowe potrafią samodzielnie migrować i budować nowe połączenia.
Zdarzające się uszkodzenia nerwów obwodowych to prawie chleb powszedni chirurgów i neurologów. Wystarczy przerwanie nerwu podczas wypadku, poważne skaleczenie w pracy czy pomyłka podczas operacji, by ręka lub noga nagle przestały„współpracować” z pacjentem– nie ma czucia, za to jest osłabienie, niekiedy całkowity paraliż. Organizm potrafi takie nerwy po części, jak gdyby kopiować, ale tylko na małych odcinkach. Przy większej przerwie – paru centymetrów i dłuższej – układ nerwowy sobie nie radzi, a powrót funkcji bywa niekompletny, nawet po latach.
Rozwiązaniem jest we współczesnej medycynie łatka z własnego nerwu. Chirurg wybiera i wycina fragment mniej ważnych komórek, np. z łydki i lokuje je w miejsce uszkodzenia. To dobrze funkcjonuje, ale wiąże się z zapłatą w formie drugiej blizny oraz utraty odczuwania w miejscu ciała, z którego pobierane były komórki nerwowe. Ponadto, długość pobranego fragmentu nie jest nieskończona, a raczej ograniczona. Od wielu lat medycy szukają więc sztucznych tuneli nerwowych, czyli cienkich rurek, które prowadzą odrastające wypustki nerwowe do połączenia przerwanych tkanek.
Problem jest natomiast taki, że aktualne rurki są zbyt proste. To przede wszystkim gładki plastik lub kolagen, bez kompleksowego wnętrza i sygnałów, jakie komórki nerwowe przekazują sobie w prawdziwej tkance.
W nowej pracy opublikowanej w czasopiśmie Biofabrication zespół kierowany przez dr Jagodę Litowczenko z Centrum Zaawansowanych Technologii UAM, proponuje lepsze, bardziej „inteligentne” rozwiązanie. Naukowcy stworzyli GrooveNeuroTube – rurkę, która łączy w sobie sztywny szkielet, miękki żel podobny do żywej tkanki, czynniki wzrostu oraz dodatek przeciwbakteryjny. A potem sprawdzili, czy komórki nerwowe potrafią przez taki tunel samodzielnie wędrować i dojść do drugiego końca.
Szkielet GrooveNeuroTube powstał z polikaprolaktonu – bioplastiku stosowanego już w implantach medycznych. Został wydrukowany w 3D jako cienka siatka włókien, a następnie zwinięty w rurkę długości około 1,5 cm. Na tej strukturze osadzono hydrożel, czyli miękki, silnie uwodniony materiał przypominający bardzo delikatną galaretkę. Użyto połączenia dwóch składników naturalnie występujących w organizmie: kwasu hialuronowego (obecnego między innymi w skórze i mazi stawowej) oraz żelatyny wywodzącej się z kolagenu.
Do żelu naukowcy dodali koktajl białek wspomagających wzrost nerwów, tzw. czynników wzrostu. Działają one jak drogowskazy chemiczne: zachęcają komórki nerwowe, by rosły w określonym kierunku i wypuszczały dłuższe wypustki (neurity). Co więcej, wprowadzono lizozym – enzym o działaniu przeciwbakteryjnym, który ma w przyszłości pomóc chronić implant przed infekcją.
Kolejny krok to umieszczenie w rurce komórek. Naukowcy użyli komórek F11. To linia komórkowa naśladująca neurony czuciowe z tak zwanych zwojów grzbietowych, istotnych w transmisji bodźców bólowych i dotykowych. Zawieszono je w kolagenowym żelu i z pomocą bioprintera, sprzętu drukującego tuszem złożonym z komórek i żelu, naniesiono na oba końce rurki. Powstał w ten sposób model przerwanego nerwu: dwa kłębki komórek na krańcach i pusta przestrzeń pośrodku, którą trzeba z czasem wypełnić.
Przez kolejne 60 dni badacze obserwowali,jak komórki zachowują się w takim środowisku. Już po czterech tygodniach komórki z obu końców zdołały wniknąć w głąb rurki tak daleko, że spotkały się w jej centrum. Pokonały około 8 mm z każdej strony. Po dwóch miesiącach większość wnętrza tunelu była wypełniona komórkami, które nie tylko żyły, ale też tworzyły długie wypustki i sieć połączeń przypominającą młodą tkankę nerwową.
Naukowcy porównali kilka wersji systemu: samą rurkę bez czynników wzrostu, rurkę z czynnikami oraz rurkę z czynnikami, dodatkowo pobudzaną impulsowym polem elektromagnetycznym (PEMF).
To słabe, rytmiczne pole magnetyczne, coś w rodzaju magnetycznego masażu stosowanego przez cztery godziny dziennie. Okazało się, że najlepsze efekty daje połączenie wszystkich trzech elementów. W tej grupie komórki przemieszczały się średnio prawie dwa razy dalej niż bez czynników wzrostu, a najdłuższe wypustki po 60 dniach sięgały prawie pół milimetra. Odsetek żywych komórek przekraczał 95 proc.
Autorzy pracy podkreślają, że na zastosowania kliniczne jest jeszcze za wcześnie. Struktura GrooveNeuroTube jest aktualnie bardzo realistycznym modelem uszkodzonego nerwu w warunkach laboratoryjnych. Dzięki niej można już dziś przetestować różne składy żelu, dawki czynników wzrostu czy schematy stymulacji w takim drukowanym tunelu. To oznacza szybszy rozwój metod leczenia i mniejszą liczbę doświadczeń na zwierzętach.
Sam pomysł wykorzystania rurki łączącej rusztowanie, miękki żel, sygnały chemiczne i ochronę przed bakteriami jest, jednakże bardzo bliski temu, czego potrzebują chirurdzy naprawiający nerwy po poważnych urazach. W przyszłości podobna inteligentna rurka mogłaby być wszczepiana pacjentowi w miejsce przerwanego nerwu. Dla osób po wypadkach komunikacyjnych, urazach ręki czy operacjach onkologicznych oznaczałoby to większą szansę na powrót czucia i sprawności przy mniejszej liczbie operacji.
W badaniu udział wzięli naukowcy z Uniwersytetu Adama Mickiewicza w Poznaniu i Instytutu Fizyki Molekularnej PAN oraz współpracujący badacze z Niemiec, Hiszpanii, Szwajcarii oraz Czech.
Opracowano na podstawie: https://naukawpolsce.pl/aktualnosci/news%2C110516%2Crurka-nerwowa-z-drukarki-3d-pomoze-odzyskac-sprawnosc-po-urazie.html.