tracturile nervoase tăiate sunt foarte dificil de tratat. Dacă este deloc, daunele de până acum pot fi reparate numai prin operațiuni complexe. La Institutul Max Planck pentru cercetarea polimerilor, am dezvoltat materiale care stimulează nervii deteriorați în creștere. Rezultatele testelor inițiale pe șoareci arată că tracturile nervoase se pot regenera în acest fel.

text: Christopher V. Synatschke / Tanja Weil

ai încercat vreodată să ții un stilou fără să folosești degetul mare? Atunci veți ști cât de dificil este acest lucru. Ceea ce poate părea un exercițiu interesant pentru degete este pentru mulți o realitate amară. Dacă tracturile nervoase sunt deteriorate sau complet tăiate ca urmare a unui accident de circulație sau a unei vătămări profesionale, membrele individuale sau chiar părți întregi ale corpului pot deveni amorțite și adesea nu mai pot fi mutate. În trecut, singura șansă de a-și restabili funcționalitatea a fost prin intervenție chirurgicală. Unele operații implică îndepărtarea firelor nervoase dintr-o altă parte a corpului și reintroducerea lor în locul deteriorat. În acest fel, terminațiile nervoase deteriorate pot crește din nou împreună, restabilind un anumit grad de mișcare în partea afectată.

creșterea necesită structură

Although nerves may be able to bridge a severed connection, the process is extremely complex and not always succes. În plus, un cadru de proteine înconjoară nervii sănătoși, iar fibrele nervoase rănite depind de acest cadru care rămâne intact. Cu toate acestea, leziunile afectează adesea nu numai tractul nervos în sine, ci și acest cadru. Această așa-numită matrice extracelulară formează schela pentru tracturile nervoase. La fel cum plantele de roșii au nevoie de spalier, celulele nervoase au nevoie de această matrice pentru a crește alături. La Institutul Max Planck pentru cercetarea polimerilor, am dezvoltat un material format din blocuri endogene, care pot fi utilizate pentru a înlocui această matrice. Și după cum sa arătat, cadrul artificial ajută nervii deteriorați să se regenereze. Matricea naturală constă din anumite proteine: molecule cu lanț lung pliate ca niște bile de lână. Un număr mare de aceste bile mici de lână se aliniază pentru a forma fibre lungi. Aceste fibre diferite formează o rețea – matricea extracelulară-pe care celulele nervoase se pot fixa.

Lego-build fibers

pentru ca aceste proteine să se formeze, trebuie să aibă loc numeroase procese biochimice complexe în interiorul corpului – prea complexe pentru a fi recreate într-o eprubetă. Cercetarea noastră are o abordare diferită: deși folosim aceleași materiale de bază care alcătuiesc matricea extracelulară, le asamblăm într-o formă mai simplă. Folosim molecule cu lanț scurt cunoscute sub numele de peptide, care, la fel ca proteinele, sunt compuse din blocuri de aminoacizi. Producem aceste peptide cu precizie chimică, permițându-ne să determinăm poziția exactă a fiecărui bloc de construcție individual.

pentru a folosi o analogie, designul nostru chimic precis creează ‘știfturi’ și ‘găuri’ corespunzătoare pe molecule, similare cărămizilor Lego. Două molecule peptidice sintetizate în acest fel se vor alinia în mod natural, astfel încât știftul și gaura să se întâlnească. Aceasta creează apoi o structură stabilă. Am putut folosi această tehnică pentru a produce fibre lungi care – în ciuda structurii lor microscopice diferite-seamănă puternic cu fibrele matricei extracelulare a nervului ca formă și compoziție chimică.

de la eprubetă la șoarece

cum se comportă celulele nervoase atunci când vor crește pe această matrice extracelulară artificială? Cum se schimbă aceste caracteristici de creștere atunci când modificăm peptidele utilizate inițial? Am investigat aceste întrebări în colaborare cu părintele nostru Bernd Knowll, profesor la Institutul de fiziologie che mistry de la Universitatea Ulm. Am produs diferite structuri peptidice, le-am depus pe substraturi de sticlă și am cultivat celule nervoase pe ele. În timp ce celulele ner ve de pe unele structuri fibroase abia au crescut deloc, pe altele am văzut formarea rapidă a axonilor, proeminențe subțiri care creează conexiunile cu alte celule nervoase.

împreună cu colegii noștri de la Universitatea Ulm, am folosit apoi modele animale pentru a testa structura fibrelor care a susținut cea mai bună creștere a celulelor nervoase. Am tăiat chirurgical nervul facial al unui șoarece pe o parte, care controlează mișcarea mușchilor. Apoi am luat peptidele care formează fibre și le-am injectat în golul nervului. După 18 zile, șoarecele a reușit să-și miște din nou mustățile într-o oarecare măsură; tracturile nervoase se pare că au crescut din nou împreună.deoarece peptidele folosite de fibrele noastre artificiale seamănă cu proteinele naturale din matricea extracelulară, sperăm că, în timp ce materialul rămâne pe loc în timpul procesului de vindecare, corpul îl poate descompune în timp. Până în prezent, am reușit să arătăm că materialul rămas la locul injectării scade încet. Cu toate acestea, dacă acest lucru se datorează degradării biologice sau distribuției în organism necesită investigații suplimentare.

Proprietăți de pionierat

după cum arată experimentul de laborator la șoareci, deteriorarea inițială a tractului nervos poate fi reparată folosind matricea noastră artificială. Cu toate acestea, înainte de a utiliza materialul în aplicații clinice, este necesară o optimizare suplimentară, deoarece celulele nervoase din materialul nostru nu cresc la fel de bine ca în matricea naturală. De asemenea, cresc într-o manieră destul de dezordonată în toate direcțiile. Următorul nostru pas va fi încorporarea așa-numiților factori de creștere în matricea artificială pentru a accelera și mai mult procesul de vindecare. În plus, dorim să orientăm structurile de fibre injectate pentru a ajuta celulele nervoase să crească într-o direcție specifică.

suntem încrezători că matricea noastră extracelulară artificială ar putea reprezenta o alternativă bună la chirurgia complexă pentru leziunile minore ale tractului nervos. Cercetările ulterioare ar putea duce, de asemenea, la o metodă de tratare nu doar a leziunilor sistemului nervos periferic, ci și a sistemului nervos central.