211service.com
Regenererende nerver
Den menneskelige krop kan være utroligt modstandsdygtig: sår heler, knogler repareres, ledbånd vokser sammen igen. Men genopretning fra nerveskader er langt mindre pålidelig. I det seneste nummer af Avancerede materialer , annoncerede forskerne Christiane Gumera og Yadong Wang fra Georgia Institute of Technology, at de har udløst genvækst af nerveceller ved hjælp af en polymer belagt med kemiske strukturer, der ligner acetylcholin, en almindelig neurotransmitter. Forskningen, som er den første til at kombinere en neurotransmitter og en polymer, kan en dag føre til behandlinger for neurodegenerative sygdomme og rygmarvsskader.
Sygepleje nerver: Christiane Gumera og Yadong Wang fra Georgia Tech (øverst) ser på farvede neuroner, der er dyrket oven på en polymer med kemiske strukturer, der ligner neurotransmitteren acetylcholin. Polymeren stimulerer væksten af neuronernes informationsbærende projektioner, kendt som neuritter (nedenfor).
Masser af mennesker har udført biopolymerarbejde, siger Christine Schmidt, en biomedicinsk ingeniør ved University of Texas i Austin. Men dette viser, at en polymer med en neurotransmitter kan bruges til at styre væksten i nervesystemet.
Tidligere forskning har identificeret adskillige midler, der kan stimulere genvæksten af nerveceller eller neuroner, et protein kaldet laminin, der er fremmest blandt dem. Men laminin er vandopløseligt og opløses hurtigt i kroppens vandbaserede miljø. Georgia Tech-forskernes materiale fungerede lige så godt som laminin, men fordi det er vanduopløseligt, er det mere sandsynligt, at det bliver på plads, hvis det indsættes i en patients krop, og det kan stimulere væksten af nerveceller i uger i stedet for dage.
Acetylcholin, neurotransmitteren, som forskerne koncentrerede sig om, er en af de mest almindeligt forekommende. Som alle neurotransmittere bærer, forstærker og modulerer den signaler, der sendes mellem neuroner. I årevis har det været kendt, at acetylcholin stimulerer væksten af en neurons informationsbærende projektioner, eller neuritter: den enlige, lange sender kaldet axon, og de mange korte modtagere kaldet dendritter. Men kroppens enzymer bryder acetylcholin fra hinanden mindre end et sekund efter at have opdaget det, da for meget acetylcholin er giftigt og hæmmer neuritter.
For at give deres acetylcholin-lignende kemikalie en kontrolleret, langsigtet effekt, har forskerne knyttet det til et materiale, som enzymer ikke kan bryde fra hinanden: en fleksibel og biologisk nedbrydelig polyester. Wang bemærker, at andre kemiske budbringere kan knyttes til polymerrygraden, og at hele samlingen nedbrydes efter flere uger.
Wang og Gumera placerede et lille stykke rottenerve og dets omgivende væv på polymeren og målte nervelængden i løbet af de næste fire til seks dage. Neuriterne voksede støt i seks dage og begyndte derefter at bremse. Den længste producerede neurit var mere end fem millimeter lang, med en maksimal væksthastighed på 0,7 millimeter om dagen.
Wang og Gumera testede også materialer, hvor deres acetylcholin stand-in - kendt som en acetylcholin-lignende funktionel gruppe - og polymeren blev kombineret i forskellige forhold. Neuritvæksten steg med koncentrationen af den funktionelle gruppe, op til 70 procent. Materialer med koncentrationer af den funktionelle gruppe højere end 70 procent hæmmede neuritvækst. Forskerne testede også polymeren mod laminin, guldstandarden for neuritvækst, ifølge Wang, og neuritvæksten induceret af begge materialer var næsten den samme. Wang planlægger at begynde arbejdet på en polymer med funktionelle grupper, der efterligner både acetylcholin og laminin, som han håber vil give en endnu stærkere effekt.
Wang arbejder også på at fremstille polymeren i konfigurationer, der ville være mere terapeutisk anvendelige. Lige nu har vi bare en flad belægning af polymer, siger han. Det, vi derefter forsøger at gøre, er at spinde polymeren til nano- eller submikrofibre. Da polymeren er lavet af polyester, burde det være en simpel sag at manipulere den til andre former, siger Schmidt fra University of Texas.
Under de rette omstændigheder er skadede neuroner i stand til en vis regenerering, men arvæv hæmmer deres vækst. Wang, som har arbejdet på polymerforskningen i mere end tre år, tror, at en dag kunne kirurger trænge fibre af en polymer besat med vækstfremmere gennem arvæv og lede neuritter til et miljø, hvor de kan fortsætte med at vokse af sig selv . Når du når det rette miljø, vil det få neuronen til at vokse meget godt, siger han. Et par millimeter af fiberen indsat kirurgisk ville være nok til at overvinde de frastødende virkninger af arvæv.
For at behandle neurodegenerative sygdomme som Alzheimers håber Wang at bruge polymeren til mere effektivt at generere neuroner, der kan transplanteres til patienter.
Enhver terapeutisk brug af den neurotransmitter-lignende polymer er dog stadig år væk. Det er svært at designe nye materialer med forskellige funktionaliteter, siger Schmidt. Men det kan føre til nye resultater. Der er masser af potentiale.