По словам команды биомедицинских инженеров, создание туннеля, состоящего из твердых и мягких материалов для руководства повторным разделением срезанных нервных окончаний, может стать первым шагом к оказанию помощи пациентам, перенесшим обширные нервные травмы, ощущения и движения.
«Нервная травма как в центральной нервной системе, так и в периферической нервной системе является серьезной проблемой для здоровья», – сказал Мохаммад Реза Абидиан, доцент биомедицинской инженерии штата Пенн. «Согласно Национальному статистическому центру травмы спинного мозга, в США насчитывается около 290 000 человек, которые страдают от травм спинного мозга с примерно 12 000 новых травм, происходящих каждый год».
Спонтанная регенерация нервов ограничена небольшими повреждениями в поврежденной периферической нервной системе и активно подавляется в центральной нервной системе. Когда нерв в периферической нервной системе срезан немного, нервные окончания могут восстанавливаться и снова соединяться. Однако, если расстояние между двумя окончаниями слишком велико, рост может пойти по пути и не подключиться.
Исследователи, опубликовавшие свои результаты в текущем выпуске Advanced Healthcare Materials, разработали новый гибридный трубопровод, состоящий из мягкого материала, называемого гидрогелем, в качестве внешней стенки вместе с внутренней стенкой из электропроводящего проводящего полимера, служат туннелем, который направляет разрастание и повторное соединение отделенных нервных окончаний.
Абидан сказал, что этот метод может предложить преимущества перед текущими операциями, которые используются для повторного соединения отрезанных нервов.
«Autografts в настоящее время являются золотым стандартом для преодоления нервных разрывов», – сказал Абиджан. «Это операция, которая берет нерв из другой части тела – например, из сухожилия, а затем она прививается на поврежденный нерв».
Однако операция может быть болезненной, и часто встречаются несоответствия в размерах между отрезанными нервными окончаниями и новой привитой частью нерва, сказал Абидиан.
Исследователи использовали агарозу, гидрогель, который проницаем и, скорее всего, принимается организмом. Однако, поскольку гидрогель расширяется в воде и жидкостях, расширение будет разрушать туннель и уменьшать способность нервных окончаний восстанавливаться и соединяться, сказал Абидиан. Они создали вторую конструкцию, добавив проводящий полимер, поли (3,4-этилендиоксиофен) – PEDOT – к конструкции, чтобы сформировать стену, которая может механически поддерживать и усиливать гидрогель. PEDOT – это стабильный материал, который может проводить электричество, чтобы помочь электрическим сигналам проходить через нерв.
Чтобы убедиться, что питательные вещества и кислород достигнут регенерирующих нервных окончаний, команда создала спиральный дизайн PEDOT, который поддерживал структурную целостность стены, но позволял некоторым питательным веществам и воздуху достигать нерва.
Исследователи протестировали три конструкции: простой гидрогель, гидрогель с полностью покрытой стенкой PEDOT и гидрогель с частично покрытой стенкой PEDOT – путем имплантации устройства в 10 мм нервных щелей у крыс и измерения мышечной массы и силы мышечных сокращений на конец нервов. Эти измерения могут указывать, восстановился ли разделенный нерв.
Они также смотрели на оптические изображения поперечных сечений нерва, чтобы оценить его относительное здоровье.
По словам Абидиана, спиральный дизайн PEDOT вызывал значительно больше мышечной массы, чем другие конструкции, хотя он не генерировал столько мышечной массы, как аутотрансплантат, который использовался в качестве контрольного образца в исследовании.
Изображения спирального дизайна PEDOT показали, что здоровье самого нерва почти неотличимо от нерва, сфотографированного после операции аутотрансплантата.
Абидан сказал, что следующим шагом будет обеспечение финансирования для проверки дизайна, когда промежутки между отрезанными нервами настолько велики, что даже операции аутотрансплантации неэффективны. Он также сказал, что он надеется, что дизайн может быть использован для создания других типов медицинских имплантатов, таких как нейронные интерфейсы.
«Этот дизайн показывает, что да, он может работать», – сказал Абиджан. «Но теперь мы должны увидеть, могут ли электрические сигналы и химикаты также проходить через намного большие промежутки, чтобы направлять и модулировать регенерацию аксонов».