Пьезоэлектрический биоматериал предлагает новый потенциал лечения травм центральной нервной системы
Новый электрически активный трансплантируемый материал, который может помочь восстановить клетки головного и спинного мозга, может переосмыслить перспективы выздоровления пациентов, получивших травмы, изменившие их жизнь, или страдающих нейродегенеративными заболеваниями.
Трехмерный пьезоэлектрический целлюлозный композит, изобретенный экспертами из Университета Бата и Университета Кила и подробно описанный в исследовательской статье «Трехмерные пьезоэлектрические целлюлозные композиты как усовершенствованные многофункциональные имплантаты для трансплантации нейральных стволовых клеток», опубликованной в журнале Cell Reports Physical Science , может использоваться в качестве специального «каркаса», с помощью которого нейральные стволовые клетки (НСК) могут быть точно доставлены в места повреждений , помогая эффективно восстанавливать и регенерировать нейроны и связанные с ними ткани, имеющие решающее значение для восстановления.
Команда инженеров, химиков и нейробиологов утверждает, что материал обладает потенциалом для создания новых методов лечения, которые помогут восстановить двигательные, сенсорные или когнитивные функции людей, перенесших травмы центральной нервной системы (ЦНС) или нейродегенеративные заболевания, такие как болезнь Альцгеймера и Паркинсона. Вызванные травмой головного или спинного мозга, повреждения ЦНС поражают миллионы людей во всем мире и являются одними из самых сложных для лечения заболеваний.
Доктор Хамиде Ханбарех, старший преподаватель кафедры машиностроения Университета Бата и член Центра комплексных материалов, процессов и структур (IMPS), сказал: «Это новаторский биоматериал, который может переосмыслить перспективы восстановления после травм центральной нервной системы или нейродегенеративных заболеваний. Он дает надежду на будущие методы лечения, которые могут помочь пациентам восстановить важнейшие функции, меняющие жизнь».
«Она также дает врачам возможность создавать терапевтические инструменты для лечения состояний такого типа и создает новый класс универсальных биоматериалов, которые сочетают в себе механические, электрические и биологические сигналы.
«Как и в случае с любой новой медицинской технологией, предстоит еще многое сделать, чтобы перенести ее из лабораторных условий в палату пациентов, но мы воодушевлены тем, что нам удалось создать новый, очень сложный и устойчивый композит, который сочетает в себе несколько желаемых качеств и может использоваться в различных областях».
Многофункциональный материал обладает терапевтическим потенциалом
Композитный материал состоит из целлюлозы и пьезокерамических частиц ниобата калия натрия (KNN). Имплантаты-«каркасы», которые можно создать с его помощью, выглядят как небольшие бумажные трубки, которые можно изготавливать по индивидуальному заказу для отдельных пациентов.
Ключевым фактором клинического потенциала композита является его универсальная, многофункциональная природа, а использование целлюлозы — широко распространенного структурного компонента растений и водорослей — означает, что он является высокоустойчивым.
Созданная с помощью процесса, называемого направленным замораживанием, его структура оптимизирована для поощрения роста клеток в определенном направлении — по мере их роста в спинном мозге — что означает, что они могут восстанавливать и воссоединять ткани, поврежденные травматическими повреждениями, и восстанавливать электрические пути, которые несут сигналы от мозга. Материал также пористый, с пространством для естественного роста новых клеток, имитируя трехмерную сеть в организме.
Кроме того, он биоразлагаем под действием ферментов, поэтому его можно растворить в организме после того, как имплантат выполнит свою функцию.
Но что самое важное, керамические микрочастицы обладают пьезоэлектрическими свойствами, то есть они создают электрический заряд при воздействии стресса или при движении тела, давая стволовым клеткам необходимую им стимуляцию для роста.
Сочетание этих свойств и то, как они позволяют структурировать каркас, делают материал идеальным средством для доставки нейральных стволовых клеток, а также для их роста и дифференциации в функциональные нервные клетки, необходимые для восстановления и реабилитации.
Индивидуальные процедуры — потенциальное применение
Доктор Влад Ярков, научный сотрудник кафедры химии Батского университета, был главным исследователем исследования. Он говорит, что материал имеет значительный потенциал для будущих индивидуальных методов лечения: «Одним из способов его применения было бы использование КТ-сканирования места травмы для моделирования очень точного 3D-имплантата, который мог бы удовлетворить особые потребности пациента, точно перекрывая пробелы, вызванные травмой головного или спинного мозга».
«Сосредоточение внимания на поиске способа помочь росту нейральных стволовых клеток является очень сложной задачей, поскольку они являются одними из самых сложных клеток в нашем организме. Чтобы достичь этой точки, нам пришлось привлечь целый ряд знаний — в области машиностроения , химии, нейробиологии и материаловедения.
«Это передовой индивидуальный метод лечения, и для того, чтобы он стал реальностью в наших больницах, необходимы дальнейшие разработки, но мы надеемся, что это начало поиска решения, которое поможет многим людям по всему миру, страдающим от травм головного и спинного мозга , которые меняют их жизнь ».
Дальнейшая разработка композита и имплантатов будет включать испытания на биосовместимость и эффективность, дальнейшую оптимизацию материалов и методов литья под давлением, масштабирование производства, а также получение одобрения регулирующих органов.