Stuur hersencellen met magnetische nanodeeltjes om verloren verbindingen opnieuw op te bouwen

Een samenwerkingsstudie onder leiding van professor Vittoria Raffa aan de Universiteit van PISA en universitair docent Fabian Raudzus (Department of Clinical Toepassing) heeft een nieuwe benadering onthuld die magnetisch geleide mechanische krachten gebruikt om axonale groei te sturen, gericht op het verbeteren van de effectiviteit van stamcellen-gebaseerde therapieën voor Parkinson’s ziekte (PD) en andere neurologische omstandigheden.

De ziekte van Parkinson wordt gekenmerkt door de progressieve degeneratie van dopaminerge neuronen in de substantia nigra (SN), die via de nigrostriatale route naar het striatum (ST) projecteert. Het verlies van deze verbindingen leidt tot dopamine -deficiëntie en het begin van motorische symptomen.

Hoewel celvervangingstherapieën met behulp van van menselijke stamcel afgeleide dopaminerge voorlopers met bemoedigende resultaten hebben getoond in klinische proeven, blijft er een belangrijke beperking: het onvermogen om de axonen van getransplanteerde cellen over lange afstanden te leiden tot hun juiste doelen in de volwassen hersenen.

Om dit aan te pakken, hebben de onderzoekers een techniek ontwikkeld-nano-pulling-om magnetische nanodeeltjes (MNP’s) en externe magnetische velden te benutten om gecontroleerde mechanische krachten in getransplanteerde neurale cellen toe te passen, waardoor hun axonale extensies worden begeleid om zich op hersengebieden te richten.

Om dit systeem te testen, construeerde het onderzoeksteam voor het eerst een organotypisch hersenplakmodel dat PD in een vroeg stadium nabootst door co-culturele hersensecties die SN en ST bevatten. Ze transplanteerden menselijke neuroepitheliale stam (NES) cellen, vooraf geladen met MNP’s, in het SN -gebied. Bij blootstelling aan een magnetisch veld genereerden de MNP’s Piconewton-schaalkrachten in de cellen, waardoor axonale groei in de richting van de magnetische gradiënt stimuleerde.

De studie nu, gepubliceerd in Geavanceerde wetenschapontdekte dat nano-pulling de lengte en uitlijning van neurale projecties naar het striatum aanzienlijk verbeterde. Gebransplanteerde cellen vertoonden verhoogde vertakking, grotere synaptische blaasjesvorming en verbeterde stabiliteit van microtubuli – key -indicatoren van neuronale rijping en functionele integratie.

Deze effecten werden waargenomen in zowel NES-cellen als menselijke IPS-cel-afgeleide dopaminerge voorlopers, waardoor de veelzijdigheid en klinische relevantie van de aanpak aantoonden.

Belangrijk is dat het gebruik van magnetische nanodeeltjes en magnetische velden-die beide al worden gebruikt in klinische beeldvorming en therapeutische toepassingen-het translationele potentieel van nano-pulling ondersteunt. De onderzoekers bevestigden ook dat de techniek de levensvatbaarheid van cellen of weefselintegriteit niet in gevaar bracht, zelfs na langere perioden van mechanische stimulatie.

Dit werk is een belangrijke stap voorwaarts in de ontwikkeling van regeneratieve therapieën voor neurodegeneratieve ziekten. Door de reconstructie van de nigrostriatale route door geleide axongroei mogelijk te maken, kan nano-trek de werkzaamheid van celtransplantatiestrategieën verbeteren en de functionele connectiviteit in de hersenen helpen herstellen.

Toekomstige studies zullen zich richten op het optimaliseren van nanodeeltjeseigenschappen, het evalueren van langetermijnresultaten in vivo en het onderzoeken van de bredere toepasbaarheid van deze techniek in andere modellen van letsel en ziekte van het centrale zenuwstelsel.