Восстановить поврежденные аксоны можно при помощи электропроводящей подложки

Травма спинного мозга способна необратимо повреждать нервную ткань и приводить к параличу. Восстановлению функциональности может способствовать электростимуляция, но она «спасает» в основном те аксоны, анатомическая целостность которых не была нарушена. Прорастание новых нейронов через очаг поражения при этом затруднено. Ученые из Ирландии предположили, что имплантация в поврежденный участок структурированной электроактивной подложки, которая направляла бы электрические стимулы на растущие аксоны, могла бы поддержать и стимулировать восстановление нервной ткани. Они сконструировали трехмерный скаффолд из полипиррола и поликапролактона, заполненный биомиметическим внеклеточным матриксом. Полученная конструкция позволяла стимулировать растущие нейроны электрическим током, чтобы усилить и направить их рост.

За основу электроактивной подложки исследователи взяли поликапролактон, покрытый полипирролом — электропроводящим полимером. Проводимость покрытия, измеренная на плоских пленках, составила 15±5 См/м — в 30 раз выше, чем у нативной ткани ЦНС.

Биосовместимость полученного материала авторы проверили на клетках SHSY-5Y — популярной модели нейронов ЦНС человека. Сам поликапролактон уже применяли в качестве субстрата для роста нейронов или глиальных клеток, но необходимо было оценить, как скажется на биосовместимости электропроводящее покрытие. Нейроны высевали прямо на поверхность плоских пленок без дополнительного покрытия белком. За три дня метаболическая активность клеток значительно возросла, как и общее количество ДНК. Существенной разницы между опытом и контролем (поликапролактоном без покрытия) не было. На дифференцировке и способности к росту покрытие также не сказывалось — для проверки этого нейроны выращивали в течение недели, а затем окрашивали на β-тубулин III (нейрональный маркер). В обеих группах нейроны стабильно росли, приобретали нормальную морфологию и отращивали длинные нейриты. Аналогичные результаты ученые получили и на астроцитах человека.

Убедившись в биосовместимости материала, ученые сконструировали из него трехмерный электропроводящий имплант. Его спроектировали как совокупность каналов, которые должны направлять рост аксонов — по аналогии со структурой аксональных трактов спинного мозга. Конструкцию дополнили искусственным внеклеточным матриксом на основе гиалуроновой кислоты, содержащим фибронектин и коллаген IV типа. Нейроны в такой системе успешно прикреплялись, росли и посылали отростки через продольные каналы скаффолда.

Наконец, авторы разработки проверили, может ли эта система улучшить доставку электрических стимулов к нейронам. Они посеяли нейроны на скаффолды, заполненные внеклеточным матриксом, и стимулировали их постоянным электрическим током (200 мВ/мм, 12 Гц) в течение шести дней, чтобы имитировать воздействие, необходимое для запуска и поддержания роста аксонов через очаг повреждения. Нейроны демонстрировали типичную морфологию, причем на электропроводящем скаффолде они формировали более плотные и связанные сети, чем в контроле без полипиррола. Метаболическая активность нейронов на электроактивных подложках была выше, что говорит об увеличении выживаемости клеток в таких условиях. Кроме того, они формировали более длинные отростки.

Предложенный в данной работе электропроводящий скаффолд, таким образом, направляет электростимуляцию нейронов, что значительно увеличивает протяженность их формирующихся аксонов. Авторы отмечают, что модульная конструкция скаффолда позволит адаптировать его к анатомии собственного спинного мозга пациента. Все это говорит о клиническом потенциале нового подхода к восстановлению нервной ткани после травмы спинного мозга.

Поврежденный спинной мозг можно восстановить с помощью неонатального внеклеточного матрикса