211service.com
Herstellende zenuwen
Het menselijk lichaam kan verbazingwekkend veerkrachtig zijn: wonden genezen, botten herstellen, ligamenten groeien weer aan elkaar. Maar herstel van zenuwbeschadiging is veel minder betrouwbaar. In het laatste nummer van Geavanceerde materialen , hebben onderzoekers Christiane Gumera en Yadong Wang van het Georgia Institute of Technology aangekondigd dat ze de hergroei van zenuwcellen hebben veroorzaakt met behulp van een polymeer dat is bedekt met chemische structuren die lijken op acetylcholine, een veel voorkomende neurotransmitter. Het onderzoek, dat als eerste een neurotransmitter en een polymeer combineert, zou ooit kunnen leiden tot behandelingen voor neurodegeneratieve ziekten en ruggenmergletsels.
Verzorgende zenuwen: Christiane Gumera en Yadong Wang van Georgia Tech (boven) kijken naar gekleurde neuronen die zijn gegroeid op een polymeer dat is doorspekt met chemische structuren die lijken op de neurotransmitter acetylcholine. Het polymeer stimuleert de groei van de informatiedragende projecties van de neuronen, ook wel neurieten genoemd (hieronder).
Veel mensen hebben biopolymeerwerk gedaan, zegt Christine Schmidt, een biomedisch ingenieur aan de Universiteit van Texas in Austin. Maar dit toont aan dat een polymeer met een neurotransmitter kan worden gebruikt om de groei in het zenuwstelsel te sturen.
Eerder onderzoek heeft verschillende middelen geïdentificeerd die de hergroei van zenuwcellen of neuronen kunnen stimuleren, een eiwit dat laminine wordt genoemd, het belangrijkste onder hen. Maar laminine is oplosbaar in water en lost snel op in de op water gebaseerde omgeving van het lichaam. Het materiaal van de Georgia Tech-onderzoekers werkte net zo goed als laminine, maar omdat het niet in water oplosbaar is, is de kans groter dat het op zijn plaats blijft als het in het lichaam van een patiënt wordt ingebracht, en het zou de groei van zenuwcellen weken in plaats van dagen kunnen stimuleren.
Acetylcholine, de neurotransmitter waar de onderzoekers zich op concentreerden, is een van de meest voorkomende. Zoals alle neurotransmitters draagt, versterkt en moduleert het signalen die tussen neuronen worden verzonden. Het is al jaren bekend dat acetylcholine de groei stimuleert van de informatiedragende projecties of neurieten van een neuron: de eenzame, lange zender die het axon wordt genoemd, en de vele korte ontvangers die dendrieten worden genoemd. Maar de enzymen van het lichaam breken acetylcholine af in minder dan een seconde nadat ze het hebben gedetecteerd, omdat te veel acetylcholine giftig is en neurieten remt.
Om hun acetylcholine-achtige chemische stof een gecontroleerd, langdurig effect te geven, bevestigden de onderzoekers het aan een materiaal dat enzymen niet kunnen breken: een flexibel en biologisch afbreekbaar polyester. Wang merkt op dat andere chemische boodschappers aan de polymeerruggengraat kunnen worden gehecht en dat de hele assemblage na enkele weken kapot gaat.
Wang en Gumera plaatsten een klein stukje rattenzenuw en het omliggende weefsel op het polymeer en maten de zenuwlengte gedurende de volgende vier tot zes dagen. De neurieten groeiden zes dagen gestaag en begonnen toen te vertragen. De langste geproduceerde neuriet was meer dan vijf millimeter lang, met een maximale groeisnelheid van 0,7 millimeter per dag.
Wang en Gumera testten ook materialen waarin hun acetylcholine stand-in - bekend als een acetylcholine-achtige functionele groep - en het polymeer in verschillende verhoudingen werden gecombineerd. Neurietgroei nam toe met de concentratie van de functionele groep, tot 70 procent. Materialen met concentraties van de functionele groep hoger dan 70 procent remden de groei van neurieten. De onderzoekers testten het polymeer ook tegen laminine, de gouden standaard voor neurietgroei, volgens Wang, en de neurietgroei die door beide materialen werd veroorzaakt, was bijna hetzelfde. Wang is van plan te gaan werken aan een polymeer met functionele groepen die zowel acetylcholine als laminine nabootsen, waarvan hij hoopt dat het een nog sterker effect zal hebben.
Wang werkt ook aan het fabriceren van het polymeer in configuraties die therapeutisch nuttiger zouden zijn. Op dit moment hebben we gewoon een platte coating van polymeer, zegt hij. Wat we vervolgens proberen te doen, is het polymeer in nano- of submicrovezels te spinnen. Omdat het polymeer is gemaakt van polyester, zou het manipuleren ervan in andere vormen een eenvoudige zaak moeten zijn, zegt Schmidt van de Universiteit van Texas.
Onder de juiste omstandigheden zijn gewonde neuronen in staat tot enige regeneratie, maar littekenweefsel remt hun groei. Wang, die al meer dan drie jaar aan het polymeeronderzoek werkt, denkt dat chirurgen op een dag vezels van een polymeer bezaaid met groeibevorderaars door littekenweefsel kunnen rijgen, waardoor neurieten naar een omgeving worden geleid waar ze uit eigen beweging kunnen blijven groeien . Als je eenmaal de juiste omgeving hebt bereikt, zal het neuron heel goed groeien, zegt hij. Een paar millimeter van de vezel die operatief wordt ingebracht, zou voldoende zijn om de afstotende effecten van littekenweefsel te overwinnen.
Om neurodegeneratieve ziekten zoals de ziekte van Alzheimer te behandelen, hoopt Wang het polymeer te gebruiken om efficiënter neuronen te genereren die in patiënten kunnen worden getransplanteerd.
Elk therapeutisch gebruik van het neurotransmitter-nabootsende polymeer is echter nog jaren verwijderd. Het ontwerpen van nieuwe materialen met verschillende functionaliteiten is moeilijk, zegt Schmidt. Maar dit zou tot nieuwe resultaten kunnen leiden. Er is veel potentieel.