В Институте теоретической и экспериментальной биофизики РАН разработали композитные каркасы из нановолокон, имитирующие внеклеточный матрикс, для стимуляции направленного роста нервных клеток (аксонов) и созревания шванновских клеток — основных структурных компонентов нерва, оказывающего влияние на его дегенеративные и репаративные процессы, сообщили в пресс-службе института.
Разработка перспективна в качестве матрицы для создания предзасеянной тканеинженерной конструкции для клеточной терапии, в частности при трансплантации шванновских клеток при обширных повреждениях периферических нервов.
Высокая распространенность повреждений периферических нервов подчёркивает важность поиска новых материалов, способных ускорить регенерацию нервной ткани. Это связано с тем, что традиционные методы лечения травмированных нервных стволов (нейропластика или сшивание) не всегда приводят к их полному функциональному восстановлению и зачастую влекут утрату трудоспособности. Также врождённый потенциал к регенерации после повреждения периферических нервов ограничен при тяжёлых травмах, сопровождающихся полным разрывом нерва.
Ученые ИТЭБ РАН синтезировали ряд многослойных волокнистых наноматериалов и изучили влияние взаимного расположения слоёв и диаметра волокон на рост шванновских клеток (ШК), являющихся важным элементом нейроглии (совокупности вспомогательных клеток нервной ткани).
Исследование прокомментировала старший научный сотрудник лаборатории исследований генома кандидат биологических наук Ольга Антонова: «ШК играют особенно важную роль в процессах регенерации после повреждения нерва — они формируют так называемые ленты Бюнгнера, служащие направляющими структурами для роста новых аксонов в процессе восстановления нервного волокна. В данной работе, используя технологию послойного электроспиннинга, мы получили материалы (скаффолды), состоящие из высокоориентированных полимерных микро- и нановолокон, и показали, что они способствуют пролиферации и росту, а также значительному удлинению отростков ШК и формированию полосовидных структур, подобных лентам Бюнгнера, которые стимулируют рост аксонов in vitro.
Наилучшие результаты продемонстрировали скаффолды из композитного двухслойного наноматериала, состоящего из слоёв волокон с диаметрами 60 нм и 200 нм. Подложки из такого материала с предварительно выращенными ШК при контакте с органоидами спинного мозга (дорзальными корешковыми ганглиями) значительно ускоряют рост аксонов спинномозговых нервов в модели ex vivo».
По словам авторов, способность ориентированных волокон направлять и ускорять рост ШК и нейрональных аксонов открывает широкие перспективы для использования в медицине, в частности, нейрохирургии. Композитный материал может быть перспективен для создания искусственных нейроимплантов для реконструкции протяжённых (диастаз более 3–5 см) дефектов периферических нервов — так называемых искусственных нервных кондуитов.
Композитный волокнистый материал, разработанный в данном исследовании, отвечает ключевым требованиям к трансплантационным скаффолдам, не только инициируя необходимые морфологические изменения клеток (образование структур, подобных лентам Бюнгнера), но и замедляя старение в культурах ШК. Эти качества делают возможным его применение в качестве матрицы для создания предзасеянной тканеинженерной конструкции для клеточной терапии — трансплантации донорских ШК при обширных повреждениях периферических нервов.
В дальнейшем авторы планируют разработку нового поколения нейроимплантов для восстановления периферических нервов, объединяющих возможности биомиметических нановолокон, ускоряющих и направляющих рост нервных отростков, с перспективами вживляемых тканеинженерных конструкций на основе донорских либо собственных шванновских клеток пациента.
Работа выполнена при поддержке гранта Российского научного фонда. Результаты исследования опубликованы в журнале ACS Applied Bio Materials.
