Молекулярный каркас предлагает новые подходы к лечению травм спинного мозга
Ученые Northwestern Medicine разработали молекулярный «каркас», способный усиливать электрическую активность и рост нейронов, что может оказаться полезным при лечении травм спинного мозга. Результаты опубликованы в ACS Nano.
По данным Национального статистического центра травм спинного мозга, ежегодно диагностируется 17 730 новых случаев, а в США с такими травмами живут около 291 000 человек.
Травмы центральной нервной системы, включая повреждения спинного мозга, часто приводят к долгосрочной дисфункции, поскольку нейроны обладают ограниченной способностью к регенерации. Текущее исследование было направлено на поиск новых подходов для усиления этого процесса восстановления.
«Эффективные методы регенерации центральной нервной системы в настоящее время практически недоступны», — говорит Сэмюэл Стапп, старший автор исследования. — «Мы разработали нановолокна, сформированные десятками тысяч молекул, которые могут передавать сигналы нейронам и другим клеткам. Они созданы из естественных строительных блоков, полностью безопасных в использовании. При инъекции в место травмы водорастворимые нановолокна мгновенно образуют гелеобразную каркасную структуру. Через несколько недель этот каркас запускает регенеративные процессы, а затем распадается на питательные вещества для клеток».
Предыдущие исследования показали, что введение определенных белков в место травмы может способствовать заживлению, но их короткий период полураспада не позволяет обеспечить долгосрочный эффект.
В данном исследовании ученые стремились создать новый тип нановолокна, имитирующего биоактивность белка нетрина-1 и способного длительное время передавать сигналы нейронам. Нетрин-1 известен своей способностью стимулировать образование новых нейронных связей и рост, что может быть ключевым для направления аксонов — длинных отростков нейронов, передающих электрические сигналы.
Исследователи спроектировали пептидный амфифил — тип молекулы, используемой в лаборатории Стаппа для создания биоактивных нановолокон, — к которому был присоединен миметический циклический пептид нетрина-1 для взаимодействия с определенным клеточным рецептором. Этот миметический пептид крайне мал по сравнению с белком и содержит ключевую аминокислотную последовательность, активирующую целевые рецепторы.
При воздействии нановолокон на кортикальные нейроны мышей in vitro наблюдалось усиление электрической активности и увеличение роста нейритов — ключевых показателей регенерации нервов. Анализ белков подтвердил, что нановолокна активируют нейрональные рецепторы нетрина-1 и успешно имитируют белок в течение более длительных периодов времени.
«Мы увидели, что миметический пептидный амфифил способен быть столь же биоактивным, как и белок нетрин-1», — говорит первый автор исследования. — «Он не только усиливал рост нейритов, но и влиял на созревание нейронов, направляя развитие новых синапсов — точек коммуникации между нейронами».
Лаборатория Стаппа уже завершила предварительное исследование, оценивающее способность наноструктуры к заживлению на живых животных, с многообещающими ранними результатами.
«Это нановолокно предлагает видение очень эффективных и полностью безопасных методов регенерации центральной нервной системы, которые к тому же биоразлагаются после выполнения своей задачи. Подобной платформы сейчас не существует», — заключил Стапп.