Nervy reparationsjob

I et laboratorium ved University of Pennsylvania rummer en plastikskål to rækker af små sorte prikker, par af dem forbundet med snesevis af tynde, hårlignende filamenter. Hver prik er en klynge af tusindvis af neuroner, forklarer Douglas Smith, der er professor i neurokirurgi og direktør for Penn's Center for Brain Injury and Repair. Fibrene, der strækker sig mellem dem, omfatter faktisk tusindvis af axoner, lange, slanke fremspring, der leder elektriske impulser væk fra hver neurons centrale krop. Disse bundter - hver især en nerve, der er udviklet i laboratoriet - repræsenterer fysiske broer, som Smith håber vil hjælpe forskere som ham med at reparere tidligere uoprettelige skader.

Ved University of Pennsylvania Center for Brain Injury and Repair bruger professor i neurokirurgi Douglas Smith mekanisk spænding til at fremskynde væksten af ​​implantater, som han håber vil reparere nerveskader.

Når dele af nerver i kroppen afskæres eller knuses, dør de. Selvom nerverne kan regenerere, gør de det i glacialtempoet på omkring en millimeter om dagen. Og der er en anden fangst: Efterhånden som nye axoner vokser, har de brug for den originale nerveskede - en beskyttende membran, der består af flere forskellige slags celler - for at guide dem til det område, der har mistet funktion. Den skede begynder at gå i opløsning efter cirka tre måneder uden en levende nerve i den. Det er et kapløb med tiden, siger Smith. En nerve overskåret i f.eks. håndleddet kan spænde over den korte afstand til hånden og heles i tide til at genoprette funktionen. Hvis den samme nerve blev skåret i nærheden af ​​skulderen, ville personen dog næsten helt sikkert miste fuld brug af den hånd, da den nye vækst ikke ville nå hånden, før skeden døde.

Denne historie var en del af vores januar 2010-udgave

• Se resten af ​​problemet
• Abonner

Ikke engang de mest avancerede eksperimentelle teknikker har været i stand til at genoprette nervefunktionen til steder langt fra en skade. Smith troede, at han kunne lette hurtig nerveregenerering ved at bruge laboratorieudviklede nerver som en slags stillads, som læger kunne placere, hvor en patients nerve er død. Selvom den implanterede nerve ikke selv ville transmittere signaler, kunne tilstedeværelsen af ​​det levende væv lede kroppens regenererende nerve tilbage til skadestedet, mens den løsrevne nerveskede holdes intakt.

For at få de konstruerede nerver til at vokse længe nok til at spænde over det skadede område, når de blev transplanteret, påførte han en let, gradvist stigende fysisk spænding; denne proces, fandt han, tilskyndede nerver til at vokse næsten 100 gange så hurtigt, som videnskabsmænd havde troet muligt. Og nerverne blev ikke bare længere, men også tykkere, tilsyneladende fordi der dannes yderligere proteiner som reaktion på spændingen. Smith og hans team introducerede disse konstruerede nerver i rotter, der havde en del af deres bennerver skåret ud. Inden for fire måneder, da de naturlige nerver begyndte at regenerere i rotternes kroppe, havde transplantationerne hjulpet med at lede disse nerver hen over kløfterne og med succes genoprette rotternes ben.

Strækker det
For at lave de lange nervetransplantationer indsamler Smith og hans team først sensoriske neuroner - celler, der transmitterer information til hjernen - fra rygmarven på føtale rotter. Forskningstekniker Kevin Browne pipetterer derefter et gelatinøst lyserødt protein kaldet kollagen på to tilstødende film i et specialbygget kammer. Omtrent på størrelse med en skoæske rummer den et strækapparat, der består af en lodret blok fastgjort til metalstænger. En af de små, klare film, kaldet bugseringsmembranen, er ophængt i den ene ende af blokken og buer ned næsten til bunden af ​​kammeret, hvor den overlapper den anden membran. Browne placerer et sæt neuroner i kollagenet på bugseringsmembranen og et andet på den nederste membran. På dette tidspunkt er de to grupper mindre end 100 mikrometer – to hårs bredde – fra hinanden. Han sætter hele opsætningen i en brummende inkubator, der kører ved 37 °C, og efterligner en rottes indre temperatur.

Næste dag drypper Browne en opløsning af enzymer og andre proteiner på membranerne ved hjælp af en pipette; løsningen tilskynder neuronerne til at spire axoner. Langsomt rækker et axon fra en enkelt neuron ud og danner en synaptisk forbindelse med en neuron på tværs af vejen. Efter cirka fem dage har axonerne sikkert forbundet til deres naboneuroner, og Browne fastgør kammerets stænger til en computerstyret motor. Motoren trækker bugseringsmembranen væk fra bundmembranen med en varierende hastighed, som er blevet bestemt ved forsøg og fejl.

Efter omkring tre til fem dage med gradvis forøgelse af spændingen, kan teamet begynde at strække axonerne så hurtigt som en centimeter om dagen (omtrent 100 gange den hastighed, hvormed regenererende nerver vokser i kroppen), selvom kortere transplantationer kan strækkes langsommere .

Reparationsarbejde
Efter omkring en uges langsom udstrækning tager Browne forlængelseskassen ud af inkubatoren. Han bruger en pipette til at tilføje mere kollagen, som virker som en blød lim, oven på cellerne. Så ruller han nervefibrene og de vedhæftede neuroner af filmene. Med en mikroskopisk pincet taber Browne den nye nerve, nu omkring en centimeter lang, ned i et strålignende rør, der er blevet flækket på langs. Røret, lavet af et biologisk nedbrydeligt materiale, der opløses inde i kroppen, fungerer som en syntetisk nerveskede. Browne suturerer eller limer det sikkert lukket med nerven indeni.

I indledende eksperimenter designet til at teste transplantationens evne til at reparere nerveskader, fjerner Smith omkring en centimeter af en rottes iskiasnerve, som løber gennem balderne og ned på bagsiden af ​​hvert ben til ankel og fod, og bærer beskeder fra rygmarven til de forskellige benmuskler. Han placerer derefter røret i det rum, hvor nerven var. Ved hjælp af pincet skubber han forsigtigt en stump af rottens ischiasnerveskede ind i hver ende af røret og forsegler den med fibrinlim. Uden implantatet på plads, ville den del af nerveskeden under snittet degenerere, og rotten ville miste bevægelse i det ben. De laboratoriedyrkede nerver giver en levende vej til regenerering, der tilskynder rottens egne motoriske neuroner til at vokse i den rigtige retning og holder skeden i live.

Smith siger, at hans gruppe i forsøg udført på mere end 40 rotter har haft næsten 100 procent succes med at genoprette dyrenes evne til at gå. Da forskerne dissekerede disse rotter, fandt de ud af, at nye axoner var vokset fra deres rygmarv og flettet sammen med de transplanterede nerver. Neuronerne inde i rørene havde også givet anledning til nye axoner, der strakte sig ud af røret i begge retninger og blandede sig yderligere med rotternes egne regenererende axoner.

Smith og hans team mener, at længere nerveimplantater kan hjælpe med at reparere mere omfattende skader; indtil videre er den længste nerve, de har vokset, cirka 10 centimeter. De har også vist, at strækprocessen virker på menneskelige neuroner fra organdonorer. Smith håber at kunne begynde at teste de menneskeligt afledte implantater hos patienter med nerveskader i løbet af de næste to år.

skjule