Биоинженеры Университета Дьюка разработали экспериментальный инъекционный материал для восстановления мозга после ишемического инсульта. Результаты исследования опубликованы в научном журнале Cell Biomaterials, передает Astana TV со ссылкой на Science Daily.
Ишемический инсульт возникает, когда тромб перекрывает кровоснабжение части мозга. Современные методы позволяют растворить или удалить тромб и восстановить кровоток, однако уже погибшая мозговая ткань самостоятельно не возвращается.
При тяжелом инсульте на месте поврежденной ткани может образоваться полость. Именно ее ученые решили превратить в среду, способствующую восстановлению.
После того как мозговая ткань утрачена, одного восстановления кровотока уже недостаточно, - объяснила профессор биомедицинской инженерии Университета Дьюка Татьяна Сегура.
По ее словам, задача исследователей состояла в том, чтобы создать внутри поврежденной области условия, в которых иммунные, сосудистые и нервные процессы восстановления смогут работать одновременно.
Основой экспериментального лечения стал материал MAPS - микропористый каркас из частиц гидрогеля.
После введения отдельные микрочастицы формируют пористую структуру. Свободное пространство между ними позволяет клеткам проникать внутрь поврежденной области.
Ученые также использовали внеклеточные везикулы астроцитов. Это микроскопические структуры, содержащие белки, липиды и генетический материал, с помощью которых клетки могут передавать биологические сигналы.
Вместо обычного введения везикул исследователи закрепили их непосредственно на поверхности частиц гидрогеля. Благодаря этому необходимые сигналы дольше сохранялись именно в поврежденной области.
Мы не просто помещаем материал в мозг. Мы создаем локальную среду, способную координировать несколько компонентов восстановительной реакции, - рассказала Сегура.
Одним из наиболее интересных результатов стала реакция нейтрофилов.
Обычно эти иммунные клетки связывают с воспалением и повреждением тканей на ранней стадии инсульта. Однако эксперимент показал, что при определенных условиях они могут играть противоположную роль и участвовать в восстановлении.
Особенно эффективной оказалась комбинация сигнальных молекул IL-4 и C1q. Она привлекала в поврежденную область макрофаги и нейтрофилы.
Когда ученые искусственно уменьшили количество этих иммунных клеток, образование новых кровеносных сосудов значительно снизилось, а перестройка введенного материала происходила слабее.
Этот результат меняет наше представление о нейтрофилах после инсульта, - отметил ведущий автор исследования Шанцзин Синь.
По его словам, действие этих клеток может зависеть от того, когда именно они появляются в поврежденной области, где находятся и какие сигналы получают.
В обработанной области мозга ученые обнаружили образование новых кровеносных сосудов.
Кроме того, внутри поврежденной зоны и вокруг нее появилось больше аксональных волокон. Аксоны необходимы нервным клеткам для передачи сигналов.
Изменения происходили не только на клеточном уровне.
Мыши, получившие оптимизированный биоматериал, лучше выполняли тест на передвижение по специальной решетке, в котором оценивалась точность постановки передних лап.
Через восемь недель показатели обработанных животных статистически уже не отличались от показателей здоровой контрольной группы. Улучшение сохранялось до завершения эксперимента.
Отдельно ученые проверили, достаточно ли одних внеклеточных везикул для достижения такого результата.
Оказалось, что без гидрогелевого каркаса сопоставимого восстановления кровеносных сосудов не происходило.
Это указывает на то, что материал выполняет не просто функцию доставки. Его пористая структура создает физическую среду для проникновения клеток и одновременно удерживает необходимые биологические сигналы непосредственно в поврежденной области.
Несмотря на результаты эксперимента, говорить о появлении нового метода лечения инсульта у людей пока рано.
Технология находится на доклинической стадии и испытана только на мышах. Материал вводили непосредственно в поврежденную область мозга.
Исследователям предстоит проверить безопасность метода, подробнее изучить влияние различных иммунных клеток и провести испытания на более крупных моделях.
Кроме того, в нынешних экспериментах использовались внеклеточные везикулы, полученные из астроцитов крыс. Теперь команда изучает возможность использования человеческих клеток.
Экосистему невозможно восстановить, просто остановив первоначальное разрушение. Необходимо создать условия, позволяющие жизни вернуться, – объяснила Сегура принцип разработки.
Исследование предлагает принципиально иной подход к последствиям инсульта: не пытаться напрямую заменить погибшую ткань, а создать внутри поврежденной области среду, которая запускает собственные механизмы организма. У мышей это сопровождалось ростом сосудов и нервных волокон и заметным восстановлением движений. Однако технология остается экспериментальной, и ее эффективность и безопасность для человека еще предстоит доказать.
