Национальные институты здравоохранения
Такой простой жест, как улыбка, часто может передать то, что не могут передать слова. Это часть того, почему невербальное общение так важно для человеческого взаимодействия. Это также причина того, почему расстройства и травмы лицевого нерва могут быть разрушительными.
Эти состояния обычно лечатся нервной тканью, взятой из других частей тела пациента, известной как аутотрансплантаты. Этот метод восстановления поврежденных нервов представляет проблемы для пациентов, такие как повреждение донорского участка и вероятность функционального восстановления, почти равная подбрасыванию монеты. Синтетические альтернативы изучались в прошлом, но пока не достигли эффективности аутотрансплантатов.
Биоинженеры из Питтсбургского университета, возможно, разработали новое решение с помощью лучших инженеров природы — стволовых клеток . Используя способность этих клеток создавать восстановительную среду, команда создала имплантируемые каналы, которые действуют как мосты, обеспечивая направленное, механическое и биохимическое руководство для поврежденных нервов, чтобы они могли восстанавливаться через большие промежутки.
Эксперименты на лицевых нервах крыс показали, что технология соответствует аутотрансплантатам. Эти результаты были опубликованы в журнале Journal of Neural Engineering .
«Мы опирались на идею, что клетки знают, что они делают, и знают, как создавать ткани», — сказала профессор оральных и краниофациальных наук и биоинженерии Фатима Сайед-Пикард, доктор философии, старший автор исследования. «Эти сконструированные ткани оказались более биомиметическими, чем многие другие синтетические каркасы, используемые в тканевой инженерии ».
Приводим нейроны в порядок
Для восстановления нервов длинные отростки, которые отходят от нейронов, называемые аксонами, должны как вырасти заново, так и заново подключиться к соответствующей ткани. С аутотрансплантатами первый процесс медленный, а второй не гарантируется, поскольку многие пациенты испытывают нежелательную мышечную активность из-за того, что отросшие нервы подключаются к неправильной ткани.
Journal of Neural Engineering (2024). DOI: 10.1088/1741-2552/ad749d
Исследователи использовали определенные популяции клеток для ускорения роста, такие как нейронные поддерживающие клетки и стволовые клетки, которые производят биомолекулы, способствующие регенерации нервной ткани. Чтобы ориентировать растущую ткань так, чтобы аксоны достигали нужных целей, исследователи разработали синтетические тканевые каркасы с такими особенностями, как канавки, которые действуют как направляющие для регенерирующих нейронов.
«Сложно равномерно встраивать и распределять клетки в синтетические каркасы, не повреждая их. Другая проблема — попытаться заставить эти каркасы соответствовать структурной сложности врожденной ткани», — сказала первый автор Мишель Дрюри, доктор философии, которая проводила это исследование, будучи аспиранткой Питтсбургского университета. Многие типы клеток в организме часто создают или перестраивают окружающие их биомолекулярные каркасы, известные как внеклеточный матрикс (ВКМ). Поэтому вместо того, чтобы создавать тканевые каркасы с нуля, исследователи посчитали, что, возможно, лучше позволить клеткам создавать их самостоятельно.
Авторы исследования проверили эту гипотезу с помощью стволовых клеток пульпы зуба (DPSC), выносливой и легкодоступной популяции клеток, которая производит белки, известные тем, что стимулируют рост нервов. После извлечения этих клеток из взрослых зубов мудрости, предоставленных Школой стоматологической медицины Питтсбургского университета, исследователи применили их в работе.
Они хотели дать DPSC свободу создавать ECM, но в то же время подтолкнуть их к созданию среды, благоприятной для поддержки выровненных аксонов. Чтобы добиться этого, исследователи изготовили резиновые формы с рядами канавок шириной 10 микрометров, а затем покрыли их DPSC. Через несколько дней DPSC секретировали выровненный ECM вокруг себя, образуя тонкие биологические листы. Затем авторы сняли листы с резиновых шаблонов и свернули их в цилиндрические трубки. Исследователи использовали этот подход для создания типа повязки в предыдущем исследовании , которое успешно регенерировало аксоны раздавленного нерва. В своей новой работе они стремились преодолеть более высокое препятствие использования проводника для преодоления 5-миллиметрового разрыва в лицевом нерве крыс — дефекта настолько большого, что нерв не смог бы зажить самостоятельно. В частности, они имплантировали свои выровненные кондуиты в щели, сделанные в щечной ветви лицевого нерва. Для сравнения команда также имплантировала аутотрансплантаты другой группе крыс.
«Щечная ветвь — это часть лицевого нерва, которая помогает улыбаться. Это важная часть качества вашей жизни, поскольку она во многом определяет то, как вы общаетесь с другими людьми и как вас воспринимает мир. Повреждение этого нерва может иметь последствия, которые изменят вашу жизнь», — сказал Дрюри.
Пересечение моста
Через двенадцать недель после имплантации авторы оценили, насколько хорошо регенерировались аксоны, в первую очередь с помощью гистологии. Они обнаружили, что их клеточные каналы содержали регенерированные аксоны по всей длине. И, в целом, плотность и количество аксонов были аналогичны тем, что они обнаружили в аутотрансплантатах.
Дрюри отметил, что в проводниках преобладали признаки развития аксонов, что позволяет предположить, что регенерация могла быть более эффективной с течением времени. Но привела ли вся эта регенерированная ткань к улучшению функции? Чтобы выяснить это, авторы электрически стимулировали нервы на одном конце и измеряли движение усов животных на другой стороне. Тесты показали, что движения крыс, которым имплантировали кондуиты, были на одном уровне с движениями крыс, которым вживили аутотрансплантаты.
Лаборатория Сайеда-Пикара стремится лучше понять роль ECM и клеток в заживлении, а затем использовать эту информацию для улучшения своей технологии. Например, помимо непосредственной стимуляции возобновления роста, каналы также могут помогать, смягчая воспаление, объяснил Сайед-Пикар.
Дополнительная информация: Мишель Д. Дрюри и др., Улучшение регенерации лицевого нерва с помощью бескаркасных каналов, созданных с использованием стволовых клеток пульпы зуба и их эндогенного, выровненного внеклеточного матрикса, Журнал нейронной инженерии (2024). DOI: 10.1088/1741-2552/ad749d
Информация о журнале: Журнал нейронной инженерии
Предоставлено Национальными институтами здравоохранения
Исследуйте дальше — Исследование показывает, что стволовые клетки пульпы зуба и их продукты могут помочь в регенерации периферических нервов и многого другого.