Инъекционная система навигации для нервных клеток

Пространственная организация клеток играет ключевую роль во многих тканях организма, включая нервную. Нервные клетки и их длинные отростки формируют нервные тракты и передают информацию. При повреждении нервной ткани точная пространственная ориентация клеток способствует процессу заживления. Учёные из Института интерактивных материалов им. Лейбница (DWI) в Аахене разработали инъекционный гель, который может служить системой навигации для нервных клеток. Результаты экспериментов на клеточных культурах были недавно опубликованы в журнале Nano Letters.

В организме клетки окружены внеклеточным матриксом, который обеспечивает механическую поддержку и способствует пространственной организации ткани. Для регенерации повреждённой ткани искусственный матрикс может временно заменить естественный. Такой матрикс должен имитировать естественное клеточное окружение, чтобы эффективно стимулировать регенеративный потенциал окружающей ткани. Однако твёрдые имплантаты могут повредить оставшуюся здоровую ткань, тогда как мягкие инъекционные материалы позволяют проводить малоинвазивную терапию, что особенно важно для чувствительных тканей, таких как спинной мозг. К сожалению, до сих пор искусственные мягкие материалы не могли воспроизвести сложные структуры и пространственные свойства естественных тканей.

Команда учёных под руководством доктора Лауры Де Лапорт из DWI разработала новый малоинвазивный материал под названием Anisogel. «Если вы хотите улучшить регенерацию повреждённой ткани спинного мозга, вам нужна новая концепция материала», — говорит аспирант Йонас Роуз, работающий над проектом Anisogel.

Принцип работы Anisogel

Мы используем микрометровые строительные блоки и собираем их в трёхмерные иерархически организованные структуры. Anisogel состоит из двух гелевых компонентов:

1. Первый компонент — микроскопические, мягкие, стержневидные гели, содержащие магнитные наночастицы.
2. С помощью слабого магнитного поля учёные могут ориентировать эти гелевые стержни, после чего сшивается очень мягкая окружающая гелевая матрица, формируя структурную систему наведения.

Гелевые стержни, стабилизированные гелевой матрицей, сохраняют свою ориентацию даже после удаления магнитного поля.

Результаты экспериментов

Эксперименты на клеточных культурах показали, что клетки могут легко мигрировать через эту гелевую матрицу, а нервные клетки и фибробласты ориентируются вдоль путей, заданных этой системой наведения. Доказано, что даже низкого количества гелевых стержней в объёме Anisogel достаточно для индукции линейного роста нервов.

Материал, разработанный учёными из Аахена, является первым инъекционным биоматериалом, который после инъекции собирается в контролируемую ориентированную структуру и обеспечивает функциональную систему навигации для клеток. «Чтобы соответствовать сложным требованиям этого подхода, в проекте участвуют исследователи с очень разными областями экспертизы. Именно эта междисциплинарная работа делает проект таким увлекательным», — отмечает Лаура Де Лапорт.

Дальнейшие планы

«Хотя наши эксперименты на клеточных культурах были успешными, нам предстоит долгий путь, чтобы перевести Anisogel в медицинскую терапию. В сотрудничестве с Университетской клиникой RWTH Aachen мы сейчас планируем доклинические исследования для дальнейшего тестирования и оптимизации этого материала», — поясняет Лаура Де Лапорт.