Нейроны, интегрированные с нанотрубками, для восстановления нервных волокон

Углеродные нанотрубки обладают свойствами, которые делают их особенно подходящими для создания гибридных устройств из биологической ткани и синтетического материала. Такие устройства могут восстанавливать утраченные из-за повреждений или травм связи между нервными клетками на спинальном уровне. Это результат исследования, опубликованного в научном журнале Nanomedicine: Nanotechnology, Biology, and Medicine, проведённого междисциплинарной группой из SISSA (Международная школа перспективных исследований), Университета Триеста, ELETTRA Sincrotrone и двух испанских институтов — Basque Foundation for Science и CIC BiomaGUNE.

Исследователи изучили возможные эффекты взаимодействия нейронов с углеродными нанотрубками. Учёные доказали, что эти наноматериалы могут регулировать формирование синапсов — специализированных структур для коммуникации нервных клеток — и модулировать биологические механизмы, такие как рост нейронов, в рамках саморегулирующегося процесса. Этот результат, показывающий стабильность и эффективность интеграции нервных клеток с этими синтетическими структурами, подчёркивает потенциальное использование углеродных нанотрубок как катализаторов нейрорегенерации или для создания своего рода искусственного моста между группами нейронов с нарушенной связью. Тестирование in vivo уже началось.

«Активно исследуются интерфейсные системы или, в более широком смысле, нейронные протезы, которые позволяют эффективно восстанавливать эти связи», — говорит Лаура Баллерини (SISSA). «Идеального материала для создания этих нейронных интерфейсов не существует, но углеродные нанотрубки, с которыми мы работаем, уже доказали свой огромный потенциал. В конце концов, наноматериалы в настоящее время представляют нашу лучшую надежду на разработку инновационных стратегий лечения травм спинного мозга». Эти наноматериалы используются как в качестве каркасов (поддерживающих структур для нервных клеток), так и в качестве интерфейсов, передающих сигналы, которыми нервные клетки общаются друг с другом.

Однако многие аспекты ещё требуют изучения. Среди них — влияние интеграции этих нанометрических структур с клеточной мембраной на физиологию нейронов. «Изучение взаимодействия между этими двумя элементами имеет решающее значение, так как оно может привести и к некоторым нежелательным эффектам, которые мы должны исключить, — говорит Лаура Баллерини. — Если бы, например, простой контакт вызывал головокружительный рост числа синапсов, эти материалы были бы в принципе непригодны».

«Именно это мы и исследовали в данной работе, где использовали чистые углеродные нанотрубки», — добавляет Маурицио Прато.

Результаты исследования крайне обнадёживающие:

• Во-первых, доказано, что нанотрубки не влияют на состав липидов, в частности холестерина, из которых состоит клеточная мембрана нейронов. Мембранные липиды играют очень важную роль в передаче сигналов через синапсы. Нанотрубки, по-видимому, не влияют на этот процесс, что очень важно.
• Исследование также показало, что нервные клетки, растущие на субстрате из нанотрубок благодаря этому взаимодействию, развиваются и достигают зрелости очень быстро, в конечном итоге достигая состояния биологического гомеостаза. «Нанотрубки способствуют полному росту нейронов и формированию новых синапсов. Однако этот рост не является бесконтрольным и неограниченным. Мы доказали, что через несколько недель достигается физиологический баланс. Установление факта, что это взаимодействие стабильно и эффективно, имеет фундаментальное значение».

«Мы доказываем, что углеродные нанотрубки демонстрируют отличные характеристики с точки зрения долговечности, адаптивности и механической совместимости с тканью. Теперь мы знаем, что их взаимодействие с биологическим материалом также эффективно. На основе этих данных мы уже изучаем применение in vivo, и предварительные результаты выглядят весьма многообещающими также с точки зрения восстановления утраченных неврологических функций», — говорит Лаура Баллерини.