Имплантаты против травм спинного мозга
Исследователи университета Калифорнии в Сан-Диего и института инжиниринга в медицине, работающие под руководством профессора Марка Тушынски (Mark Tuszynski) и профессора Шаочэня Чэня (Shaochen Chen), использовали технологию трехмерной печати для создания гидрогелевых каркасов спинного мозга, заполненных нервными стволовыми клетками. Впоследствии эти каркасы успешно имплантировали в зоны тяжелых повреждений спинного мозга крыс.
Предложенный авторами имплантат предназначен для стимуляции роста нервов в зоне повреждения для восстановления нервных контактов и утраченных функций. Он пронизан десятками тончайших каналов шириной 200 мкм (в 2 раза толще человеческого волоса), направляющих рост нервных стволовых клеток и их аксонов вдоль спинного мозга для закрытия зоны повреждения. Эти каналы необходимы для формирования направленных нервных волокон, так как сами по себе аксоны склонны к хаотичному росту в разных направлениях.
Срез имплантата, применяемый в качестве каркаса для восстановления повреждений спинного мозга у крыс. Кружки вокруг Н-образного ядра являются полыми каналами, через которые аксоны имплантированных нервных стволовых клеток могут проникать в окружающие ткани.
В рамках исследования заполненные нервными стволовыми клетками имплантаты длиной 2 мм размещали в зонах тяжелого повреждения спинного мозга крыс. Через несколько месяцев зоны повреждения заполнялись новой нервной тканью, соединяющей края дефектов спинного мозга. Это обеспечило значительное восстановление двигательных функций задних лап животных.
По словам авторов, помимо направления роста и упорядочивания нервных волокон, каркас обеспечивает стабильную физическую структуру, способствующую приживлению и выживанию нервных стволовых клеток. Он защищает клетки от токсичного воспалительного окружения в зоне повреждения.
Дальнейшие исследования показали, что, кровеносные сосуды проникали внутрь имплантатов, формируя функционирующую сосудистую сеть, также способствующую выживанию стволовых клеток. Это свидетельствует о высокой биосовместимости каркаса.
Используемая авторами технология трехмерной печати обеспечивает производство имплантата размером 2 мм в течение 1,6 секунд. Традиционно применяемым струйным принтерам требуется несколько часов для выполнения гораздо более простых структур.
Процесс печати можно масштабировать до размеров человеческого спинного мозга. Для проверки концепции авторы напечатали имплантат размером 4 см, смоделированный на основании изображений, полученных при магнитно-резонансной томографии реальных травм спинного мозга человека. Это задание заняло у принтера 10 минут.
В настоящее время они уже работают над практическим масштабированием технологии и тестируют ее на более крупных животных моделях, рассматривая возможности последующего проведения клинических исследований. Помимо этого они планируют вводить внутрь каркасов белки, обеспечивающие дополнительное поддержание жизнеспособности стволовых клеток и рост новых аксонов.
Статья Jacob Koffler et al. Biomimetic 3D-printed scaffolds for spinal cord injury repair опубликована в журнале Nature Medicine.
Евгения Рябцева, портал «Вечная молодость» http://vechnayamolodost.ru по материалам University of California - San Diego: Biomimetic 3D-printed scaffolds for spinal cord injury repair.