Распространенным в медицине методом устранения повреждений сегодня является трансплантация нервов. Но эта практика имеет ряд издержек, в числе которых — болезненность донорского места, необходимость повторной операции и просто нехватка доноров.
Поэтому актуальная задача для мировой науки — разработка эффективной терапевтической стратегии восстановления поврежденных нервов, но преграда на пути ее — низкая регенеративная способность зрелых нейронов.
Однако медики знают, что одним из эффективных инструментов формирования мягких тканей, включая нервы, является их стимуляция электроактивными материалами.
Ученые Томского политехнического университета создали магнитные проводники на основе биосовместимого полимера поли-3-оксибутирата (ПОБ), обладающего пьезоэлектрическими свойствами.
Разработка была осуществлена в сотрудничестве с коллегами из Московского государственного университета им. М.В.Ломоносова и Научного центра биотехнологии РАН при грантовой поддержке Министерства науки и высшего образования и Российского научного фонда.
Были разработаны композитные магнитные проводники (или кондуиты) для регенерации периферических нервов, которые имплантируются в дефектную область и способствуют восстановлению внутри них поврежденного нерва.
Кондуит представляет собой полую трубку, которую можно изготовить с персонализированными размерами и структурой. В ходе операции в трубку вставляются концы поврежденного нерва, который впоследствии восстанавливается внутри кондуита благодаря его составу, микроструктуре и пористости.
По мере формирования нерва кондуит растворяется в организме, не образуя опасных продуктов разложения. В результате в области травмы остается только восстановленный нерв.
Принцип действия кондуитов основан на пьезоэлектрическом эффекте, когда механические деформации трансформируются в электрические сигналы, имитирующие физиологичную электроактивную среду нервов.
Полученные проводники биосовместимы и, в отличие от существующих на рынке аналогов, обладают дополнительными биоактивными свойствами.
— Магнитный проводник изготовлен методом электроформования, за счет чего он имеет высокопористую микроволокнистую структуру, которая имитирует структуру внеклеточного матрикса нервов, направляет рост нервной ткани вдоль волокон и обеспечивает транспорт различных сопутствующих метаболитов и питательных веществ, — поясняет инженер-исследователь Научно-исследовательского центра «Физическое материаловедение и композитные материалы» ТПУ Лада Шлапакова.
Она отметила, что в проводник также были добавлены биосовместимые наночастицы магнетита, «зашитые» внутри волокон. Они способны оказывать непосредственную магнитомеханическую стимуляцию нервной ткани во внешнем магнитном поле.
Также в магнитном поле магнетит механически воздействует на полимер, тем самым активируя пьезоэлектрический отклик.
В рамках проекта проводились биологические исследования in vitro и in vivo, которые показали, что кондуит поддерживает рост мезенхимальных стволовых клеток крысы и нейрон-подобных клеток в низкочастотном магнитном поле.
А после имплантирования кондуита для терапии повреждения седалищного нерва крысы было доказано, что материал биосовместим и выполняет барьерную функцию, что способствует регенерации нервов.
— Нейронная сеть представляет собой сложную биоэлектрическую цепь, состоящую из множества нейронов, соединенных посредством химических и электрических синапсов. Передача сигналов в этой сети управляется электрическим полем и основана на системе электрических зарядов, нейромедиаторов и потенциалов действия.
Таким образом, нейронная сеть высокочувствительна к внешним электрическим полям. Мы полагаем, что воссоздание нормальной электрической среды за счет имплантации электроактивного биоматериала обеспечивает эффективную терапию повреждений периферических нервов, — говорит директор Международного научно-исследовательского центра «Пьезо- и магнитоэлектрические материалы» ТПУ Роман Сурменев.
На следующем этапе проекта ученые планируют усовершенствовать волокнистую структуру кондуитов, соориентировав волокна в определенном направлении.
Такая структура наиболее перспективна, поскольку точнее воспроизводит морфологию нативного внеклеточного матрикса нервов и нервных волокон.
Кроме того, ведутся исследования, направленные на улучшение физико-химических свойств проводников — пьезоэлектрического отклика и гидрофильности поверхности.
Результаты работы ученых опубликованы в журналах ACS Applied Bio Materials (Q1; IF:4,7) и Materials Today Bio (Q1; IF:8,2).
Пресс-служба Томского политехнического университета
Нет комментариев