Neuronen bij ruggenmergletsels worden in vivo opnieuw verbonden via sponzen van koolstofnanobuisjes

Onderzoek uitgevoerd door twee groepen van het Center for Cooperative Research in Biomaterials CIC biomaGUNE en één bij SISSA, Scuola Internazionale Superiore di Studi Avanzati (Italië), heeft aangetoond dat functionele materialen op basis van koolstofnanobuisjes de herverbinding vergemakkelijken van neuronale netwerken die zijn beschadigd als gevolg van ruggenmergletsel. De studie, gepubliceerd door het wetenschappelijke tijdschrift PNAS (Proceedings of the National Academy of Sciences), vormt een enorme stap voorwaarts in het onderzoek dat gericht is op herstel van dit soort verwondingen.

De onderzoeksgroepen onder leiding van professor Ikerbasque en Axa Chair bij CIC biomaGUNE Maurizio Prato, een wereldwijde referentie op het gebied van op koolstof gebaseerde nanomaterialen, en die onder leiding van professor Laura Ballerini van SISSA in Triëst (Italië) hebben ervaring met het gebruik van nanotechnologie en nanomaterialen om herstel neurale verwondingen. Samenwerking tussen de groepen heeft aangetoond dat biomaterialen op basis van koolstofnanobuisjes de communicatie tussen neuronen, neuronale groei en het tot stand brengen van verbindingen vergemakkelijken door middel van dit soort materialen.

“De elektrische en mechanische eigenschappen van dit materiaal maken veel toepassingen mogelijk die ondenkbaar zijn voor andere materialen. Vooral de interactie van prikkelbare cellen, zoals zenuw- en hartcellen, maakt koolstofnanobuisjes van groot belang. De communicatie tussen cellen neemt toe wanneer ze worden gekoppeld aan koolstof. nanobuisjes, en het is ook mogelijk om mechanisch stabiele steigers te bouwen die de zenuwgroei ondersteunen ”, zegt professor Prato.

“De groepen Prato en Ballerini hadden eerder de vorming van neuronale verbindingen aangetoond in in vitro systemen in celculturen. Wat echter nog overbleef was de sprong naar een in vivo diermodel van ruggenmerglaesie, de mogelijkheid om te zien of de communicatie tussen individuele neuronen vonden in feite ook plaats op het niveau van volledige neuronale vezels in een in vivo model, en of er functionele resultaten werden behaald, ” legt Pedro Ramos uit, Ikerbasque professor bij CIC biomaGUNE, leider van de Magnetic Resonance Imaging Unit en de derde sleutel speler in het onderzoek.

In deze laatste doorbraak wisten de onderzoekers ‘aan te tonen dat bij een stel dieren met gedeeltelijke doorsnijding van het ruggenmerg, het opnieuw verbinden van vezels in feite geleidelijk tot stand komt door middel van het ingebrachte implantaat, een soort sponsje van koolstofnanobuisjes bestaande uit verweven vezels. De zenuwen sluiten weer aan in het gebied waar ze waren beschadigd en bovendien kregen de dieren weer functionaliteit, vooral in de achterpoten, die het meest getroffen waren door de laesie. Ook werd aangetoond dat het materiaal biocompatibel is, met andere woorden , werd er geen immuunreactie gedetecteerd, “zei Pedro Ramos.

Volgens hem vormt deze belangrijke doorbraak ‘een hoop voorwaarts in termen van het bevorderen van herstel van ruggenmergletsel van dit type, van de oogzenuw, of zelfs van een soort traumatisch letsel waarbij de neuronale verbinding is verbroken en de mobiliteit van een ledemaat is aangetast. ” Hij voegt eraan toe dat het nog enige tijd zal duren voordat hun onderzoek klinische toepassing vindt.

Een doel aan de horizon

Zoals Ramos uitlegde, werd het onderzoek uitgevoerd ‘onder zeer gecontroleerde omstandigheden, net als bij elk laboratoriumonderzoek’, en is het noodzakelijk om vooruitgang te boeken: ‘Er zijn veel aspecten waar gewerkt moet worden in termen van het materiaal, de omstandigheden waaronder de materiaal wordt geïmplanteerd, de omstandigheden waaronder het materiaal moet werken, etc. ”

Het is bijvoorbeeld cruciaal om de microstructurele en mechanische eigenschappen van het materiaal grondig te onderzoeken, of de eigenschappen die neuronale verbinding vergemakkelijken, waardoor mogelijke bijwerkingen of zelfs de afstoting van het materiaal zelf worden voorkomen (stijfheid, elasticiteit, sponsachtigheid, compactheid, grootte van de poriën die tussen de vezels blijven, enz.). Het is ook essentieel om de productiemethoden te bevorderen, zodat ze zo stabiel en reproduceerbaar mogelijk zijn, en zodat componenten, zoals groeifactoren of andere stoffen die neuronale communicatie vergemakkelijken, in de structuur kunnen worden ingebracht.

Verder is het nodig om de omstandigheden te bestuderen die klinische implantatie van de materialen mogelijk maken: “Het is belangrijk om te zien hoe en wanneer ze geïmplanteerd moeten worden. In het onderzoek hebben we het implantaat ingebracht tijdens een acute laesiefase, dus we hebben het niet gedaan te kampen hebben met het bestaan ​​van een gliaal litteken, enz. ” Bovendien “zou men moeten zien of deze resultaten worden bevestigd in andere diermodellen met minder neuronale plasticiteit.”

Een van de belangrijkste aspecten van dit herverbindingsproces is ‘om erachter te komen of dezelfde verbindingen die vóór de laesie bestonden, worden hersteld of dat er neuronale plasticiteit plaatsvindt, met andere woorden, of er nieuwe verbindingen tot stand worden gebracht die voorheen niet bestonden en het zenuwstelsel zoekt een andere manier om opnieuw verbinding te maken om je aan te passen aan de nieuwe situatie. ” In dit opzicht, in termen van beeldvorming, “boeken we vooruitgang in de ontwikkeling van functionele beeldvormingstechnieken die ons in staat stellen om de verbindingen tussen de hersenen en het perifere zenuwstelsel vanuit een functioneel oogpunt te zien”, zei hij.

De CIC biomaGUNE-onderzoeker wijst erop dat “we dit nog lang niet kunnen overdragen op mensen. Het vertoont alle kenmerken van overdraagbaarheid, het is aangetoond dat het werkt, effectief is en niet leidt tot ongewenste reacties in diermodellen. . Er moet nog werk worden verzet om het doel te bereiken, maar we gaan de goede kant op. ”