Биофизики разработали композитный наноматериал для регенерации нервов
Сотрудники Института теоретической и экспериментальной биофизики РАН разработали композитные каркасы из нановолокон, имитирующие внеклеточный матрикс, для стимуляции направленного роста нервных клеток (аксонов) и созревания шванновских клеток — основных структурных компонентов нерва, оказывающего влияние на его дегенеративные и репаративные процессы.
Разработка перспективна в качестве матрицы для создания предзасеянной тканеинженерной конструкции для клеточной терапии, в частности при трансплантации шванновских клеток при обширных повреждениях периферических нервов. Результаты работы опубликованы в журнале ACS Applied Bio Materials.
Ультраструктура композитного наноматериала способствует пролиферации шванновских клеток (зелёные) а также направляет рост аксонов (красные)
Высокая распространённость повреждений периферических нервов подчёркивает важность поиска новых материалов, способных ускорить регенерацию нервной ткани. Это связано с тем, что традиционные методы лечения травмированных нервных стволов (нейропластика или сшивание) не всегда приводят к их полному функциональному восстановлению и зачастую влекут утрату трудоспособности. Также врождённый потенциал к регенерации после повреждения периферических нервов ограничен при тяжёлых травмах, сопровождающихся полным разрывом нерва.
Учёные ИТЭБ РАН синтезировали ряд многослойных волокнистых наноматериалов и изучили влияние взаимного расположения слоёв и диаметра волокон на рост шванновских клеток (ШК), являющихся важным элементом нейроглии (совокупности вспомогательных клеток нервной ткани).
Дорзальный корешковый ганглий культивированный на предзасеянных швановскими клетками композитных волокнистых подложках
Исследование прокомментировала старший научный сотрудник лаборатории исследований генома кандидат биологических наук Ольга Антонова: «ШК играют особенно важную роль в процессах регенерации после повреждения нерва — они формируют так называемые ленты Бюнгнера, служащие направляющими структурами для роста новых аксонов в процессе восстановления нервного волокна. В данной работе, используя технологию послойного электроспиннинга, мы получили материалы (скаффолды), состоящие из высокоориентированных полимерных микро- и нановолокон, и показали, что они способствуют пролиферации и росту, а также значительному удлинению отростков ШК и формированию полосовидных структур, подобных лентам Бюнгнера, которые стимулируют рост аксонов in vitro.
Наилучшие результаты продемонстрировали скаффолды из композитного двухслойного наноматериала, состоящего из слоёв волокон с диаметрами 60 нм и 200 нм. Подложки из такого материала с предварительно выращенными ШК при контакте с органоидами спинного мозга (дорзальными корешковыми ганглиями) значительно ускоряют рост аксонов спинномозговых нервов в модели ex vivo».
По словам авторов, способность ориентированных волокон направлять и ускорять рост ШК и нейрональных аксонов открывает широкие перспективы для использования в медицине, в частности, нейрохирургии. Композитный материал может быть перспективен для создания искусственных нейроимплантов для реконструкции протяжённых (диастаз более 3–5 см) дефектов периферических нервов — так называемых искусственных нервных кондуитов.
Композитный материал покрытий ШК обеспечивает наибольшую скорость роста нервных отростков. AU — ультратонкие волокна со средним диаметром 60 нм, AS — субмикронные волокна со средним диаметром 200 нм. MIX — композитный материал из 60 нм и 200 нм волокон
Композитный волокнистый материал, разработанный в данном исследовании, отвечает ключевым требованиям к трансплантационным скаффолдам, не только инициируя необходимые морфологические изменения клеток (образование структур, подобных лентам Бюнгнера), но и замедляя старение в культурах ШК. Эти качества делают возможным его применение в качестве матрицы для создания предзасеянной тканеинженерной конструкции для клеточной терапии — трансплантации донорских ШК при обширных повреждениях периферических нервов.
В дальнейшем авторы планируют разработку нового поколения нейроимплантов для восстановления периферических нервов, объединяющих возможности биомиметических нановолокон, ускоряющих и направляющих рост нервных отростков, с перспективами вживляемых тканеинженерных конструкций на основе донорских либо собственных шванновских клеток пациента.
Работа выполнена при поддержке гранта Российского научного фонда № 23-25-00519.
Текст: Алсу Дюкина.
Источник: пресс-служба ИТЭБ РАН.
