I tratti nervosi recisi sono molto difficili da trattare. Se non del tutto, il danno finora può essere riparato solo attraverso operazioni complesse. Presso l’Istituto Max Planck per la ricerca sui polimeri, abbiamo sviluppato materiali che stimolano la crescita dei nervi danneggiati. I risultati dei test iniziali sui topi mostrano che i tratti nervosi possono rigenerarsi in questo modo.

Testo: Christopher V. Synatschke / Tanja Weil

Hai mai provato a tenere una penna senza usare il pollice? Allora saprai quanto sia difficile. Quello che può sembrare un interessante esercizio con le dita è per molti una realtà amara. Se i tratti nervosi sono danneggiati o completamente recisi a seguito di un incidente stradale o di un infortunio sul lavoro, i singoli arti o anche intere parti del corpo possono intorpidirsi e spesso non possono più essere spostati. In passato, l’unica possibilità di ripristinare la loro funzionalità è stata attraverso la chirurgia. Alcune operazioni comportano la rimozione di fili nervosi da un’altra parte del corpo e il loro reinserimento nel punto danneggiato. In questo modo, le terminazioni nervose danneggiate possono ricrescere di nuovo insieme, ripristinando un certo grado di movimento alla parte interessata.

La crescita richiede struttura

Although nerves may be able to bridge a severed connection, the process is extremely complex and not always successo. Inoltre, una struttura di proteine circonda i nervi sani e le fibre nervose ferite dipendono da questa struttura che rimane intatta. Tuttavia, le lesioni spesso danneggiano non solo il tratto nervoso stesso ma anche questo quadro. Questa cosiddetta matrice extracellulare forma l’impalcatura per i tratti nervosi. Proprio come le piante di pomodoro hanno bisogno di un traliccio, le cellule nervose hanno bisogno di questa matrice per crescere a fianco. Presso l’Istituto Max Planck per la ricerca sui polimeri, abbiamo sviluppato un materiale costituito da blocchi di costruzione endogeni, che possono essere utilizzati per sostituire questa matrice. E come è stato dimostrato, la struttura artificiale aiuta i nervi danneggiati a rigenerarsi. La matrice naturale è costituita da particolari proteine: molecole a catena lunga ripiegate come gomitoli di lana. Un gran numero di questi piccoli gomitoli di lana si allineano per formare lunghe fibre. Queste varie fibre formano una rete-la matrice extracellulare-a cui le cellule nervose possono attaccarsi.

Fibre Lego-build

Affinché queste proteine si formino, numerosi processi biochimici complessi devono avvenire all’interno del corpo – troppo complessi per essere ricreati in una provetta. La nostra ricerca ha un approccio diverso: sebbene utilizziamo gli stessi materiali di base che compongono la matrice extracellulare, li assembliamo in una forma più semplice. Usiamo molecole a catena corta note come peptidi, che, come le proteine,sono composte da blocchi di aminoacidi. Produciamo questi peptidi con precisione chimica, permettendoci di determinare la posizione esatta di ogni singolo blocco di costruzione.

Per usare un’analogia, il nostro preciso design chimico crea “borchie” e corrispondenti “fori” sulle molecole, simili ai mattoncini Lego. Due molecole peptidiche sintetizzate in questo modo si allineeranno naturalmente in modo che il perno e il foro si incontrino. Questo crea quindi una struttura stabile. Siamo stati in grado di utilizzare questa tecnica per produrre fibre lunghe che – nonostante la loro diversa struttura microscopica – assomigliano fortemente alle fibre della matrice extracellulare del nervo per forma e composizione chimica.

Dalla provetta al topo

Come si comportano le cellule nervose quando devono crescere su questa matrice extracellulare artificiale? Come cambiano queste caratteristiche di crescita quando alteriamo i peptidi originariamente usati? Abbiamo studiato queste questioni in collaborazione con il nostro partner Bernd Knöll, professore presso l’Istituto di Fisiologia dell’Università di Ulm. Abbiamo prodotto varie strutture peptidiche, le abbiamo depositate su substrati di vetro e abbiamo coltivato cellule nervose su di esse. Mentre le cellule ner ve su alcune strutture fibrose crescevano a malapena, su altre abbiamo visto la rapida formazione di assoni, sottili sporgenze che creano le connessioni con altre cellule nervose.

Insieme ai nostri colleghi dell’Università di Ulm, abbiamo quindi utilizzato modelli animali per testare la struttura della fibra che supportava la migliore crescita delle cellule nervose. Abbiamo tagliato chirurgicamente il nervo facciale di un topo su un lato, che controlla il movimento dei suoi baffi. Abbiamo quindi preso i peptidi che formano le fibre e li abbiamo iniettati nello spazio nel nervo. Dopo 18 giorni, il topo è stato in grado di muovere di nuovo i baffi in una certa misura; i tratti nervosi erano apparentemente cresciuti di nuovo insieme.

Poiché i peptidi utilizzati le nostre fibre artificiali assomigliano alle proteine naturali nella matrice extracellulare, speriamo che mentre il materiale rimane al suo posto durante il processo di guarigione, il corpo possa quindi scomporlo nel tempo. Finora siamo stati in grado di dimostrare che il materiale rimanente nel sito di iniezione sta lentamente diminuendo. Tuttavia, se ciò è dovuto alla degradazione biologica o alla distribuzione nel corpo richiede ulteriori indagini.

Proprietà pionieristiche

Come dimostrato dall’esperimento di laboratorio nei topi, il danno iniziale ai tratti nervosi può essere riparato utilizzando la nostra matrice artificiale. Prima di utilizzare il materiale in applicazioni cliniche, tuttavia, è necessaria un’ulteriore ottimizzazione poiché le cellule nervose sul nostro materiale non crescono ancora come nella matrice naturale. Crescono anche in modo abbastanza disordinato in tutte le direzioni. Il nostro prossimo passo sarà incorporare i cosiddetti fattori di crescita nella matrice artificiale per accelerare ulteriormente il processo di guarigione. Inoltre, vogliamo orientare le strutture delle fibre iniettate per aiutare le cellule nervose a crescere in una direzione specifica.

Siamo fiduciosi che la nostra matrice extracellulare artificiale potrebbe rappresentare una buona alternativa alla chirurgia complessa per lesioni minori ai tratti nervosi. Ulteriori ricerche potrebbero anche portare a un metodo di trattamento non solo lesioni al sistema nervoso periferico, ma anche al sistema nervoso centrale.