Urazy nerwów obwodowych to codzienność chirurgów i neurologów. Wystarczy przecięcie nerwu podczas wypadku, poważne skaleczenie w pracy czy pomyłka podczas operacji, by ręka lub noga nagle przestały należeć do pacjenta – pojawia się brak czucia, osłabienie, czasem całkowity paraliż. Organizm potrafi takie nerwy częściowo odtwarzać, ale tylko na niewielkich odcinkach. Przy większej przerwie – kilku centymetrów i więcej – natura sobie nie radzi, a powrót funkcji bywa niepełny, nawet po latach. Standardem jest dziś łatka z własnego nerwu. Chirurg wycina fragment mniej ważnego nerwu, np. z łydki i wszywa go w miejsce uszkodzenia. To działa, ale ma wysoką cenę w postaci drugiej blizny oraz utraty czucia w innym miejscu ciała. W dodatku długość pobranego fragmentu jest ograniczona. Od lat szuka się więc sztucznych tuneli nerwowych, czyli cienkich rurek, które prowadzą odrastające wypustki nerwowe do połączenia przerwanych tkanek. Problem w tym, że obecne rurki są zbyt prymitywne. To głównie gładki plastik lub kolagen, bez skomplikowanego wnętrza i sygnałów, jakie komórki nerwowe czują w prawdziwej tkance. W nowej pracy opublikowanej w czasopiśmie „Biofabrication” zespół kierowany przez dr Jagodę Litowczenko z Centrum Zaawansowanych Technologii UAM proponuje bardziej „inteligentne” rozwiązanie. Naukowcy stworzyli GrooveNeuroTube – rurkę, która łączy w sobie sztywny szkielet, miękki żel podobny do żywej tkanki, czynniki wzrostu oraz dodatek przeciwbakteryjny – a potem sprawdzili, czy komórki nerwowe potrafią przez taki tunel samodzielnie wędrować i dojść do drugiego końca. 

Szkielet GrooveNeuroTube powstał z polikaprolaktonu – bioplastiku używanego już w implantach medycznych. Został wydrukowany w 3D jako cienka siatka włókien, a następnie zrolowany w rurkę długości ok. 1,5 cm. Na tym rusztowaniu osadzono hydrożel, czyli miękki, silnie uwodniony materiał przypominający bardzo delikatną galaretkę. Użyto mieszaniny dwóch składników naturalnie występujących w organizmie – kwasu hialuronowego (obecnego m.in. w skórze i mazi stawowej) oraz żelatyny pochodzącej z kolagenu. Do takiego żelu badacze dodali koktajl białek wspomagających wzrost nerwów, tzw. czynników wzrostu. Działają one jak drogowskazy chemiczne – zachęcają komórki nerwowe, by rosły w określonym kierunku i wypuszczały dłuższe wypustki (neurity). Dodatkowo wprowadzono lizozym – enzym o działaniu przeciwbakteryjnym, który ma w przyszłości pomóc chronić implant przed zakażeniem. Kolejny krok to umieszczenie w rurce komórek. Naukowcy użyli komórek F11 – to linia komórkowa naśladująca neurony czuciowe z tzw. zwojów grzbietowych, ważnych w przewodzeniu bodźców bólowych i dotykowych. Zawieszono je w kolagenowym żelu i z pomocą bioprintera – urządzenia drukującego tuszem złożonym z komórek i żelu – naniesiono na oba końce rurki. Powstał w ten sposób model przerwanego nerwu – dwa kłębki komórek na krańcach i pusta przestrzeń pośrodku, którą trzeba z czasem wypełnić.

Przez kolejne 60 dni badacze śledzili, jak komórki zachowują się w takim środowisku. Już po czterech tygodniach komórki z obu końców zdołały wniknąć w głąb rurki tak daleko, że spotkały się w jej środku. Pokonały ok. 8 mm z każdej strony. Po dwóch miesiącach większość wnętrza tunelu była wypełniona komórkami, które nie tylko żyły, ale też tworzyły długie wypustki i sieć połączeń przypominającą młodą tkankę nerwową. Naukowcy porównali kilka wersji systemu – samą rurkę bez czynników wzrostu, rurkę z czynnikami oraz rurkę z czynnikami dodatkowo pobudzaną impulsowym polem elektromagnetycznym (PEMF). To słabe, rytmiczne pole magnetyczne – coś w rodzaju magnetycznego masażu stosowanego przez cztery godziny dziennie. Okazało się, że najlepsze efekty daje połączenie wszystkich trzech elementów. W tej grupie komórki przemieszczały się średnio prawie dwa razy dalej niż bez czynników wzrostu, a najdłuższe wypustki po 60 dniach sięgały prawie pół milimetra. Odsetek żywych komórek przekraczał 95%.

Autorzy pracy podkreślają, że na zastosowania kliniczne jest jeszcze za wcześnie. Struktura GrooveNeuroTube jest obecnie bardzo realistycznym modelem uszkodzonego nerwu w warunkach laboratoryjnych. Dzięki niej można już dziś przetestować różne składy żelu, dawki czynników wzrostu czy schematy stymulacji w takim drukowanym tunelu. To oznacza szybszy rozwój metod leczenia i mniejszą liczbę doświadczeń na zwierzętach. Sama koncepcja rurki łączącej rusztowanie, miękki żel, sygnały chemiczne i ochronę przed bakteriami jest jednakże bardzo bliska temu, czego potrzebują chirurdzy naprawiający nerwy po poważnych urazach. W przyszłości podobna inteligentna rurka mogłaby być wszczepiana pacjentowi w miejsce przerwanego nerwu. Dla osób po wypadkach komunikacyjnych, urazach ręki czy operacjach onkologicznych oznaczałoby to większą szansę na powrót czucia i sprawności przy mniejszej liczbie zabiegów. W badaniu uczestniczyli naukowcy z Uniwersytetu Adama Mickiewicza w Poznaniu i Instytutu Fizyki Molekularnej PAN oraz współpracujący badacze z Niemiec, Hiszpanii, Szwajcarii i Czech. 

Źródło: Serwis Nauka w Polsce