Ежегодно сотни тысяч людей во всем мире страдают от травм периферических нервов, в результате чего они часто становятся инвалидами. Периферическая нервная система аналогична системе кровообращения; сеть сосудов, которая достигает всех частей тела, но вместо крови, протекающей по сосудам, электрические сигналы передают информацию через тонкие волокна, называемые аксонами, которые охватываются нервными стволами. Эти нервные стволы представляют собой коммуникационную сеть, передающую информацию из всех частей тела в мозг, координирующую деятельность и генерирующую моторные и сенсорные функции. Если один из нервных стволов поврежден или разорван (обычное состояние при травмах конечностей), пациент может испытать боль, паралич и даже пожизненную инвалидность.
В таких ситуациях необходимо хирургическое вмешательство для восстановления поврежденного нерва. Стандартные методы лечения – это прямое ушивание отделившихся нервов или, в случаях, когда образовавшийся в нервном стволе промежуток большой, хирурги переносят неповрежденный нервный ствол с ноги пациента и имплантируют его в месте травмы, тем самым создавая повреждение в другой области. (я.е., нога). Сегодня существуют методы воссоединения нервных стволов, чтобы позволить аксонам вырасти заново и восстановить моторную и сенсорную функцию. Одним из таких методов является имплантация синтетического полого нервного канала, направленного на перекрытие разрыва и позволяющее нерва заживать без вторичного повреждения пациента.
Одна из основных проблем, препятствующих оптимальной регенерации, заключается в том, что аксоны в перерезанных нервах испытывают трудности с регенерацией и достижением своей цели. Частично это может быть связано с неправильным направлением аксонов, которые разрастаются в разных направлениях, уменьшая вероятность достижения своих органов-мишеней. "Им нужны ориентиры, чтобы помочь им," объясняет проф. Орит Шефи, инженер факультета Кофкина Университета Бар-Илан, Институт нанотехнологий и перспективных материалов и Многопрофильный центр исследования мозга Гонда (Голдшмид). Доктор. Мерав Антман-Пассиг, исследователь в своей лаборатории, добавляет: "Эти руководящие инструкции должны оставаться в организме в течение длительного времени, поскольку аксоны растут довольно медленно."
Методика, разработанная исследовательской группой проф. Лаборатория Шефи, возглавляемая доктором. Антман-Пассиг и доктор. Джонатан Хирон используется для заполнения нервного канала гелем, содержащим ряд физических и химических компонентов, которые способствуют и выравнивают отрастание аксонов. Их метод был недавно опубликован в Advanced Functional Materials.
Исследователи заполнили полые нервные каналы специально разработанными коллагеновыми гелями. В организме выровненные коллагеновые волокна помогают определять путь аксонов, но в полых нервных проводниках, доступных сегодня, выровненные коллагеновые волокна отсутствуют. Выровненный коллагеновый гель действует как каркас для аксонов и направляет их рост. Кроме того, в каналах содержится вещество, называемое NGF (фактор роста нервов), которое, как следует из названия, необходимо для роста нервной системы. "Представьте, что мы имплантировали в гель направляющие сигналы, которые представляют собой выровненные коллагеновые волокна, и что эти направляющие сигналы также служат лечению для растущих аксонов," объясняет доктор. Антман-Пассиг "как приманка, аккуратно разбросанная для растущих аксонов."
Проф. Шефи добавляет, что "аксон, который достигает геля, следует этим сигналам и легче находит правильное направление. Фактически, новая система сочетает в себе несколько методов регенерации нервов. Аксоны любят расти в направлении этих маркеров, которые можно оставить для них, таких как каркас коллагена и NGF. Новизна нашего метода заключается в создании организованного тканеподобного геля, который содержит компоненты, которые помогают восстанавливать нервы, и особенно в увеличении продолжительности действия геля в организме. Если коллаген и NGF просто добавляются в полые нервные каналы, как настоящая приманка, разные клетки потребляют их и фактически разрушают. Спустя короткое время у растущих аксонов нет этих дорожных знаков. В разработанном нами методе мы увеличили время, в течение которого эти факторы доступны аксонам во время регенерации. Мы сделали это, включив магнитные частицы, покрытые NGF, которые мы выстроили в правильную структуру с помощью стратегии магнитного выравнивания. Это также создает расположение частиц и коллагена."
После определения характеристик компонентов геля исследователи имплантировали их в нервные каналы и исследовали направление их роста и эффективность платформы. Исследователи измерили направление роста клеток и обнаружили, что с помощью геля, сочетающего выровненный коллаген и частицы, покрытые NGF, они смогли направить и усилить их рост. Впоследствии они исследовали эффективность кондуита в реабилитации крыс с повреждением периферического нерва седалищного нерва, которое мешало им правильно ходить. Количество аксонов, которые проникли в инновационную заполненную гелем трубку и успешно пересекли поврежденную область, было больше по сравнению с пустой трубкой, и, соответственно, восстановление нервной ткани было самым высоким. Исследователи показали, что с имплантацией трубок и использованием искусственного коллагенового геля функциональное восстановление моторики было самым высоким по сравнению с использованием других типов каналов и по сравнению с трубопроводами с гелем, который не был обогащен.
В настоящее время исследователи изучают варианты коммерциализации и надеются, что это поможет функциональному восстановлению и ускорит восстановление нервов после травм.