Углеродный «мост» между нервными тканями

Новый материал из углеродных нанотрубок поддерживает рост нервных волокон, соединяя разделённые экспланты нервной ткани и обеспечивая их функциональное восстановление. Исследование, координируемое SISSA в Триесте, также показало биосовместимость материала in vivo: его имплантация в мозг мелких грызунов не вызвала значительного рубцевания или выраженного иммунного ответа. Работа, опубликованная в Science Advances, демонстрирует, что материал может рассматриваться для применения в протезировании нервной системы.

В микроскоп материал выглядит как запутанный клубок трубок. Изначально его изучали для очистки моря от разливов углеводородов. Идея применить его к нервной ткани принадлежала Маурицио Прато. Разработка гибридов нейронов и наноматериалов стала результатом долгосрочного проекта и сотрудничества групп Прато (Университет Триеста) и Лауры Баллерини (SISSA).

В данном исследовании команда Баллерини сначала изучила реакцию нервной ткани на материал in vitro. Были эксплантированы два сегмента спинного мозга и культивированы вместе, но разделены промежутком в 300 микрон. Без какого-либо каркаса, восстанавливающего пространство между эксплантами, рост нервных волокон шёл прямыми пучками в любом направлении, но не обязательно к другой ткани. При помещении кусочка углеродной губки в промежуток наблюдался плотный рост нервных волокон, заполняющих структуру и переплетающихся с другим образцом.

Однако наблюдения роста волокон недостаточно — необходимо показать функциональную связь между двумя популяциями нейронов. С помощью методов анализа сигналов, разработанных в лаборатории профессора SISSA Давида Цокколана, удалось продемонстрировать два факта:

1. Спонтанная нервная активность в двух образцах была коррелирована, что указывает на связь, которой не было при отсутствии губки.
2. Применение электрического сигнала к одному из образцов вызывало активность второго, но только в присутствии нанотрубок.

Тесты на биосовместимость

Положительные лабораторные результаты требовали проверки на живых организмах. Небольшие фрагменты материала были имплантированы в мозг здоровых грызунов. Через четыре недели материал хорошо переносился: наблюдались ограниченное рубцевание, низкий иммунный ответ, а некоторые биологические показатели даже указывали на возможные положительные эффекты. Также отмечалось постепенное проникновение нейронов внутрь губки. Крысы оставались жизнеспособными и здоровыми в течение всех четырёх недель.

Эти материалы могут быть полезны для покрытия электродов, используемых при лечении двигательных расстройств, таких как болезнь Паркинсона, поскольку они хорошо принимаются тканью, в то время как современные имплантаты со временем теряют эффективность из-за образования рубцовой ткани.