После тяжёлого ишемического инсульта в мозге может остаться буквально пустое пространство там, где раньше находилась живая ткань. Восстановить кровоток врачи умеют, но вернуть уже погибшую ткань таким способом невозможно.
Инженеры-биомедики из Университета Дьюка решили попробовать другой подход: не заменять утраченную часть мозга, а превратить оставшуюся полость в среду, где собственные клетки организма смогут активнее участвовать в восстановлении.
В экспериментах на мышах исследователи вводили непосредственно в повреждённую область специальный пористый биоматериал. Он привлекал иммунные клетки, способствовал образованию новых кровеносных сосудов, сопровождался изменениями в нервной ткани и в итоге улучшал двигательные способности животных.
Материал состоит из микроскопических частиц гидрогеля, которые соединяются в пористую структуру. Пространства между ними позволяют клеткам проникать внутрь и использовать этот каркас во время восстановления ткани.
Но одного каркаса исследователям было недостаточно. Они решили добавить к нему сигналы, способные направить работу иммунной системы.
Для этого учёные использовали внеклеточные пузырьки, выделенные астроцитами — звёздчатыми клетками мозга, которые быстро реагируют на повреждение. Такие пузырьки переносят белки, липиды и генетический материал и могут влиять на поведение окружающих клеток.
Вместо того чтобы просто ввести их в повреждённую область, исследователи химически закрепили пузырьки на поверхности частиц гидрогеля. Благодаря этому сигналы оставались сосредоточены внутри каркаса и могли дольше воздействовать на клетки, приходящие в область повреждения.
Особенно эффективной оказалась комбинация сигнальных молекул интерлейкина-4 и C1q. Она привлекала в повреждённую область потенциально полезные иммунные клетки, включая макрофаги и, что оказалось неожиданным, нейтрофилы.
Обычно нейтрофилы связывают прежде всего с воспалением и повреждением ткани на ранних стадиях инсульта. Но эксперимент показал, что их роль может зависеть от времени, места и окружающих сигналов.
Когда исследователи уменьшали количество богатой нейтрофилами популяции иммунных клеток, образование новых сосудов заметно снижалось, а сам каркас перестраивался слабее. Это указывало на то, что в данных условиях эти клетки участвовали в восстановительном процессе.
Параллельно внутри полости после инсульта начали формироваться новые кровеносные сосуды. Исследователи также обнаружили больше аксонов — отростков нервных клеток, по которым передаются сигналы, — как внутри повреждённой области, так и вокруг неё.
Эти изменения сопровождались улучшением движений. Мыши, получившие оптимизированный вариант биоматериала, лучше проходили тест на движение по решётке, в котором оцениваются ошибки при постановке передних лап.
Через восемь недель их результаты уже статистически не отличались от показателей здоровых контрольных животных. Улучшение сохранялось до конца исследования.
При этом сам пористый каркас оказался принципиально важен. Когда те же внеклеточные пузырьки вводили без биоматериала, сопоставимого восстановления сосудов не происходило. Это означает, что материал служил не просто способом доставки сигналов: его структура и способность удерживать их в повреждённой области были важной частью эффекта.
Авторы подчёркивают, что до применения такого подхода у людей ещё далеко. Пока его испытали только на мышах, причём материал вводили непосредственно в повреждённую область мозга.
Теперь необходимо оценить безопасность метода, подробнее разобраться в роли разных иммунных клеток и проверить, будет ли он работать в более крупных моделях, лучше отражающих человеческий инсульт.
Кроме того, в нынешних экспериментах внеклеточные пузырьки получали из астроцитов крыс. Следующим шагом исследователи хотят использовать астроциты, полученные из человеческих индуцированных плюрипотентных стволовых клеток. Такой источник может оказаться более подходящим для дальнейшего развития метода.
Главная идея подхода заключается не в попытке искусственно воссоздать мозговую ткань. Исследователи хотят создать внутри повреждённой области условия, в которых собственные клетки организма смогут проникать туда, взаимодействовать между собой и участвовать в формировании новой ткани с кровеносными сосудами.
Результаты работы опубликованы в журнале Cell Biomaterials.
