Prezentare generală: Un nou hibrid de nanoparticule de biomaterial în combinație cu metodele existente de regenerare a țesuturilor a fost sintetizat cu succes pentru a promova și regenera țesutul după leziunea măduvei spinării. Noua metodă are potențialul de a trata leziunile măduvei spinării.
Sursă: Universitatea din Limerick
Un nou material unic dezvoltat la Universitatea din Limerick (UL) din Irlanda s-a dovedit promițător în tratamentul leziunilor măduvei spinării.
Cercetare nou-nouță efectuată la Institutul Bernal din UL, publicată în jurnal Cercetare pe biomateriale– a făcut progrese interesante în repararea țesutului măduvei spinării.
Biomateriale hibride noi dezvoltate la UL sub formă de nanoparticule și bazate pe practicile existente de inginerie tisulară au fost sintetizate cu succes pentru a promova recuperarea și regenerarea după leziuni ale măduvei spinării, au spus cercetătorii.
Echipa UL condusă de profesorul Maurice N Collins, profesor asociat, Școala de Inginerie din UL, și autorul principal Aleksandra Serafin, Ph.D. candidat la UL, a folosit un nou tip de material pentru schele și un nou compozit polimeric conductiv electric pentru a promova creșterea și generarea de țesut noi care ar putea avansa în tratamentul leziunilor măduvei spinării.
„Leziunile coloanei vertebrale rămân una dintre cele mai debilitante leziuni traumatice pe care le poate suferi o persoană de-a lungul vieții, având un impact asupra fiecărui aspect al vieții unei persoane”, explică profesorul Collins.
Starea debilitante duce la paralizie sub nivelul de prejudiciu, iar costurile anuale de asistenta medicala pentru ingrijirea pacientului cu SCI sunt de 9,7 miliarde de dolari doar in SUA. Deoarece în prezent nu există un tratament disponibil pe scară largă, cercetarea continuă în acest domeniu este esențială pentru a găsi un tratament care să îmbunătățească calitatea vieții pacientului, domeniul cercetării îndreptându-se către ingineria țesuturilor pentru noi strategii de tratament.
„Domeniul ingineriei tisulare își propune să rezolve problema globală a penuriei de organe și țesuturi donate, cu o nouă tendință care apare sub forma biomaterialelor conductoare. Celulele din organism sunt afectate de stimularea electrică, în special celulele de natură conductivă, cum ar fi celulele cardiace sau nervoase”, explică profesorul Collins.
Echipa de cercetare descrie un interes din ce în ce mai mare pentru utilizarea schelelor de inginerie tisulară conductoare electric, care a apărut ca urmare a creșterii și proliferării celulare îmbunătățite atunci când celulele sunt expuse la o schelă conductivă.
„Creșterea conductivității biomaterialelor pentru a dezvolta astfel de strategii de tratament se învârte de obicei în jurul adăugării de componente conductoare, cum ar fi nanotuburi de carbon sau polimeri conductivi precum PEDOT:PSS, un polimer conductor disponibil comercial care a fost folosit până acum în domeniul ingineriei țesuturilor. ”, explică autorul principal Aleksandra Serafin.
„Din păcate, rămân limitări serioase în utilizarea polimerului PEDOT:PSS în aplicații biomedicale. Polimerul se bazează pe componenta PSS pentru a-l face solubil în apă, dar atunci când acest material este implantat în organism, prezintă o biocompatibilitate slabă.
„Aceasta înseamnă că atunci când este expus la acest polimer, organismul are potențiale răspunsuri toxice sau imunologice, care nu sunt ideale într-un țesut deja deteriorat pe care încercăm să-l regenerăm. Acest lucru limitează sever ce componente de hidrogel pot fi încorporate cu succes pentru a crea schele conductoare, “, a adăugat ea.
În cadrul cercetării, au fost dezvoltate noi nanoparticule PEDOT (NP) pentru a depăși această limitare. Sinteza NP-urilor PEDOT conductoare permite modificarea personalizată a suprafeței NP-urilor pentru a obține răspunsul celular dorit și pentru a crește variabilitatea din care pot fi încorporate componentele de hidrogel, fără prezența necesară a PSS pentru solubilitatea în apă.
În această lucrare, biomateriale hibride constând din gelatină și acid hialuronic imunomodulator, un material pe care profesorul Collins l-a dezvoltat de-a lungul multor ani la UL, au fost combinate cu noile NP PEDOT dezvoltate pentru a crea schele conductoare electric biocompatibile pentru repararea țintită a leziunilor măduvei spinării.
A fost efectuat un studiu complet al structurii, proprietăților și relațiilor de funcționare ale acestor schele proiectate cu precizie pentru performanțe optime la locul leziunii, inclusiv testare in vivo cu modele de leziuni ale măduvei spinării la șobolan, realizate de doamna Serafin în timpul unui schimb de studii Fulbright cu Universitatea. de la California San Diego Neuroscience Department, care a fost partener în proiect.
„Introducerea PEDOT NP în biomaterial a crescut conductivitatea probelor. În plus, proprietățile mecanice ale materialelor implantate ar trebui să mimeze țesutul de interes în strategiile de inginerie tisulară, schelele PEDOT NP dezvoltate potrivindu-se cu valorile mecanice ale maduva spinarii originale, au explicat cercetatorii.
Răspunsul biologic la schelele PEDOT NP dezvoltate a fost studiat cu celule stem in vitro și pe modele animale de leziuni ale măduvei spinării in vivo. S-au observat atașarea și creșterea excelentă a celulelor stem pe schele, au raportat ei.
Testarea a arătat o migrare mai mare a celulelor axonale la locul leziunii măduvei spinării, în care a fost implantată schela PEDOT NP, precum și niveluri mai scăzute de cicatrici și inflamație decât în modelul de leziune care nu avea schelă, conform studiului.
În general, aceste rezultate demonstrează potențialul acestor materiale pentru repararea măduvei spinării, a spus echipa de cercetare.
„Impactul pe care o leziune a măduvei spinării îl are asupra vieții unui pacient nu este doar fizic, ci și psihologic, deoarece poate afecta grav sănătatea psihică a pacientului, rezultând o incidență crescută a depresiei, stresului sau anxietății”, explică doamna . Serafin afară. .
„Tratamentul unei leziuni ale măduvei spinării nu numai că permite pacientului să meargă sau să se miște din nou, ci să trăiască viața la maxim, ceea ce face ca proiectele de acest fel să fie atât de importante pentru cercetarea și comunitatea medicală.
Vezi de asemenea
„În plus, impactul general al societății al furnizării unui tratament eficient pentru leziuni ale măduvei spinării va duce la o reducere a costurilor de asistență medicală asociate cu tratarea pacienților. Aceste rezultate oferă perspective încurajatoare pentru pacienți și sunt planificate cercetări suplimentare în acest domeniu.
„Studiile au arătat că pragul de excitabilitate al neuronilor motori la capătul distal al unei leziuni ale măduvei spinării tinde să fie mai mare. Un proiect viitor va îmbunătăți și mai mult designul schelei și va crea gradienți de conductivitate în cadrul schelei, conductivitatea crescând spre capătul distal al leziunii pentru a stimula în continuare neuronii să se regenereze”, a adăugat ea.
Despre această cercetare știri despre leziunile măduvei spinării
Autor: Oficiu de presa
Sursă: Universitatea din Limerick
A lua legatura: Serviciul de presă – Universitatea din Limerick
Imagine: Imaginea este în domeniul public
Cercetare originală: Acces deschis.
„Nanoparticule PEDOT electroconductoare au integrat schele pentru repararea țesutului măduvei spinării” de Aleksandra Serafin și colab. Cercetare pe biomateriale
Abstract
Nanoparticule PEDOT conductoare electric, schele integrate pentru repararea țesutului măduvei spinării
fundal
Un mediu ostil în jurul locului leziunii după leziunea măduvei spinării (SCI) împiedică recuperarea urmelor neuronale, limitând semnificativ capacitatea de regenerare. Schelele conductoare electric apar ca o opțiune promițătoare pentru repararea SCI, deși polimerii conductivi disponibili în prezent, cum ar fi polistiren sulfonatul polimeric (PEDOT:PSS) prezintă o biofuncționalitate și biocompatibilitate slabe, limitând utilizarea lor eficientă în repararea SCI. ingineria tisulară este strategii de tratament limitate (TE).
metode
NP-urile PEDOT au fost sintetizate prin polimerizare prin oxidare chimică în miniemulsie. NP-urile PEDOT conductoare au fost încorporate cu gelatină și acid hialuronic (HA) pentru a crea schele gel:HA:PEDOT-NPs. Analiza morfologică atât a NP-urilor PEDOT, cât și a schelelor a fost efectuată prin SEM. Caracterizarea ulterioară a inclus variațiile constantei dielectrice și a permisivității cartografiate față de modificările morfologice după reticulare, au fost efectuate, de asemenea, modulul Young, FTIR, DLS, studii de umflare, reologie, studii de biocompatibilitate in vitro și in vivo.
Rezultate
Includerea PEDOT NP a crescut conductivitatea schelei la 8,3 × 10–4 ±8,1×10–5S/cm. Modulul de compresie a schelei a fost adaptat pentru a se potrivi cu măduva spinării inițială la 1,2 ± 0,2 MPa, împreună cu porozitatea controlată. Studiile reologice ale hidrogelului au arătat capabilități excelente de imprimare prin forfecare 3D și fidelitate a formei post-imprimare. Studiile in vitro au demonstrat că schelele sunt citocompatibile și o evaluare in vivo într-un model de leziune SCI la șobolan arată o reglare ascendentă a proteinei fibrilare acide gliale (GFAP) care nu este în contact direct cu leziunea/locul de implantare, cu reactivitate redusă a astrocitelor. Se observă, de asemenea, niveluri scăzute de reactivitate a macrofagelor și microgliei la locul de implantare. Aceasta are o influență pozitivă asupra recuperării semnalelor și a declanșării mecanismelor de vindecare. Observarea migrării axonilor către schelă poate fi atribuită proprietăților imunomodulatoare ale HA din schelă cauzate de un răspuns inflamator controlat. HA limitează activarea astrocitelor prin receptorii CD44 și, prin urmare, limitează formarea cicatricilor. Acest lucru asigură o migrare și creștere axonală superioară la locul de implantare dorit printr-un micromediu stimulator pentru regenerare.
Concluzii
Pe baza acestor rezultate, încorporarea PEDOT NP în schelele de biomaterial Gel: HA nu numai că îmbunătățește proprietățile conductoare ale materialului, dar oferă și un mediu de vindecare în jurul leziunilor leziunilor măduvei spinării. Prin urmare, schelele gel:HA:PEDOT-NPs sunt o opțiune TE promițătoare pentru stimularea regenerării pentru leziunile măduvei spinării.