Биоинженеры создали имплантат с живыми клетками для восстановления нервов
Исследователи из Чжэцзянского университета разработали искусственный нервный имплантат, который помог крысам восстановить поврежденный седалищный нерв. Как сообщается в International Journal of Extreme Manufacturing, трехслойная конструкция с живыми клетками обеспечила результаты, близкие к пересадке собственного нерва животного. В будущем технология может помочь лечить тяжелые повреждения нервов без изъятия здоровой ткани у пациента.
Как направить растущий нерв
Периферические нервы передают сигналы между головным и спинным мозгом и остальными частями тела. При серьезной травме нервные волокна разрываются, а их отрастающие участки могут не найти правильный путь. Мышцы, оставшиеся без нервных сигналов, постепенно теряют массу и функцию.
Сейчас для восстановления крупных поврежденных участков хирурги часто пересаживают нерв из другой части тела пациента. Однако это может вызвать онемение, хроническую боль и другие осложнения в месте забора ткани. Искусственные трубки уже используют как альтернативу, но на больших промежутках им не хватает биологических сигналов, которые направляют рост нервных волокон.
Команда профессора Цзюнь Инь разработала имплантат из трех слоев, каждый из которых выполняет отдельную задачу.
Тонкие волокна с живыми клетками
Внутренний слой состоит из микроволокон, содержащих шванновские клетки. В организме они поддерживают нервные волокна и формируют вокруг них миелиновую оболочку, которая помогает быстрее передавать электрические сигналы.
Чтобы напечатать эти клетки в виде тонких направляющих волокон, ученые использовали температурный контроль. Обычно при биопечати слишком густые чернила повреждают клетки из-за сильного трения в узком сопле, а жидкие теряют форму после нанесения.
Исследователи нагревали биочернила до 25 °C, чтобы они свободно проходили через сопло, а затем подавали их на охлажденную до 4 °C поверхность. Там материал быстро затвердевал. Слабое электрическое поле помогало вытягивать непрерывные волокна диаметром всего 36 микрометров. При этом выживало более 95% клеток.
В лабораторных опытах нервные клетки росли вдоль этих микроволокон, формируя упорядоченные пучки. Генетический анализ показал, что контакт с направляющими и сигналы шванновских клеток активировали гены, участвующие в управлении ростом нервных отростков.
Три слоя для защиты и восстановления
Внешняя оболочка имплантата сделана из поликапролактона — прочного биоразлагаемого полимера, который выдерживает сдавливание и нагрузку при наложении хирургических швов. Средний слой представляет собой пористую мембрану из нанофибр. Она пропускает кислород и питательные вещества, но препятствует проникновению соединительной ткани, способной образовать рубцы внутри конструкции.
Внутренние микроволокна с живыми клетками направляют рост нервных волокон через поврежденный участок.
Результаты испытаний на крысах
Имплантат установили на месте 10-миллиметрового разрыва седалищного нерва. Через 16 недель нервные волокна восстановились, а их миелиновая оболочка достигла средней толщины 1,02 микрометра — почти столько же, сколько при пересадке собственного нерва, где показатель составил 1,15 микрометра.
Скорость проведения электрических импульсов достигла 5,67 метра в секунду против 5,88 метра в секунду после пересадки. Это почти вдвое быстрее, чем при использовании трубок без живых клеток. Имплантат также помог сохранить около 49% влажной массы мышц голени. При пустых трубках этот показатель был ниже 24%. В тестах на ходьбу у крыс улучшилась координация задних лап.
Пока технология проверена только на животных. Перед испытаниями на людях исследователям предстоит проверить ее на крупных животных с более длинными повреждениями нервов, найти способ стерилизовать имплантат без гибели встроенных клеток и подобрать скорость разрушения оболочки под темпы заживления человеческих нервов.
