Каждую неделю в своей клинике в Мичиганском университете невролог Джозеф Кори, доктор медицины и философии, лечит пациентов, нервы которых умирают или сокращаются из-за болезни или травмы. Он видит боль, потерю способности и другие эффекты, вызывающие разрушение нервов, и желает дать пациентам более эффективное лечение, чем то, что доступно, или восстановить их нервы. Затем он направляется в свою исследовательскую лабораторию в VA Ann Arbor Healthcare System, где его команда работает над этой точной целью.
В новом исследовании, опубликованном в нескольких недавних работах, Кори и его коллеги из Медицинской школы UM, VAAAHS и Калифорнийского университета, Сан-Франциско сообщают об успехах в разработке полимерных нановолоконных технологий для понимания того, как формируются нервы, почему они не восстанавливаются после травмы, и что можно сделать для предотвращения или медленного повреждения.
Используя полимерные нановолокна, более тонкие, чем человеческие волосы в качестве подмостей, исследователи уговорили определенный тип клеток мозга обернуть вокруг волокон, которые имитируют форму и размер нервов, обнаруженных в организме.
Им даже удалось стимулировать процесс миелинизации – формирование защитного покрытия, которое защищает большие нервные волокна от повреждений. Они начали видеть, как много концентрических слоев защитного вещества, называемого миелином, начинают формироваться, как и в организме. Вместе с лабораторной командой их соавтора Ионы Чан в UCSF авторы сообщили о результатах в Nature Methods.
Исследование включает олигодендроциты, которые являются вспомогательными актерами для нейронов – «звезд» центральной нервной системы. Без олигодендроцитов нейроны центральной нервной системы не могут эффективно передавать электрические сигналы, которые контролируют все: от движения мышц до функции мозга.
Олигодендроциты являются типом клеток, которые обычно поражаются рассеянным склерозом, а потеря миелина является отличительной чертой этого изнурительного заболевания.
Исследователи также определили оптимальный диаметр для нановолокон, чтобы поддержать этот процесс – давая важные новые подсказки, чтобы ответить на вопрос, почему некоторые нервы миелинизированы, а некоторые нет.
Пока они еще не создали полностью функционирующие «нервы в блюде», исследователи считают, что их работа предлагает новый способ изучения нервов и тестирования возможностей лечения. Кори, доцент кафедры неврологии и биомедицины в Медицинской школе U-M и исследователь в Исследовательском, образовательном и клиническом центре гериатрии VA, объясняет, что тонкие волокна имеют решающее значение для успеха работы.
«Если это примерно такая же длина и диаметр, как у нейрона, нервные клетки следуют за ним, а их форма и расположение соответствуют ему», – говорит он. «По сути, эти волокна имеют тот же размер, что и нейрон».
Исследователи использовали полистирол, обычный пластик, для изготовления волокон с помощью технологии электроспиннинга. В недавней статье «Материаловедение и инженерия С» они обнаружили новые методы оптимизации того, как волокна, изготовленные из поли-L-лактида, биоразлагаемого полимера, могут быть лучше выровнены, чтобы напоминать нейроны и направлять регенерирующие нервные клетки.
Они также работают над определением факторов, которые делают олигодендроциты прикреплены к длинным узким аксонам нейронов, и, возможно, также начинают формировать миелиновые оболочки.
Присоединяя определенные молекулы к нановолоконным волокнам, Кори и его коллеги надеются узнать больше о том, что заставляет этот процесс работать – и что заставляет его идти наперекосяк, как и при болезнях, вызванных плохим развитием нервов.
«Что нам нужно делать для рассеянного склероза, так это побуждать нервы к ремилинизации», – говорит он. «С другой стороны, для повреждения нервов, вызванного травмой, мы должны поощрять регенерацию».
В дополнение к Corey, исследование возглавил Чан, профессор неврологии Рахлефа в UCSF, член лаборатории VAAAHS и выпускник UM Сэмюэл Дж. Так, выпускник биомедицинской инженерии UM Мишель Лич, Стефани Редмонд из UCSF, Seonook Lee, Synthia Mellon и SY Кристин Чонг и Чжан-Ци Фэн из биомедицинской инженерии U-M.
Периферические нервы, которые имеют нейроны в центре, окруженные клетками, называемыми клетками Шванна, также могут быть изучены с использованием метода нановолокон. Система также может быть использована для изучения того, как взаимодействуют различные типы клеток во время и после образования нервов.
К созданию новых нервов лаборатория Кори сотрудничала с R. Keith Duncan, доктором философии, доцентом отоларингологии. Опубликованные в Biomacromolecules, они обнаружили, что стволовые клетки с большей вероятностью будут развиваться в нейроны, когда они вырастут на выровненных нановолокнах, произведенных в лаборатории Кори. В конечном итоге они надеются использовать этот подход для создания новых нервов из стволовых клеток и направлять их связи на неповрежденные части мозга и мышцы.
В конечном счете, Кори предполагает, возможно, нервы можно выращивать вдоль нановолокон в лабораторных условиях, а затем переносить на тела пациентов, где волокно будет благополучно деградировать.