Нейротрансмиттеры, ускоряющие регенерацию нервной ткани

11 декабря в журнале Advanced Materials была опубликована работа, посвященная весьма многообещающему подходу к регенерации поврежденной центральной нервной системы.

В работе описывается применение биодеградируемого полимера, содержащего химические группы, сходные по структуре с распространенным нейротрансмиттером – ацетилхолином, который ускоряет рост отростков нервных клеток – аксонов и дендритов, ответственных за проведение нервных импульсов. Исследователи, проводившие эксперимент, считают, что такие полимеры могут ускорить рост и регенерацию нервов.

В настоящее время не существует адекватных методов восстановления функций головного и спинного мозга после повреждений, так как нервные клетки обладают очень незначительным регенераторным потенциалом.

«Регенерация в центральной нервной системе требует нейральной активности, а не только набора определенных ростовых факторов, поэтому мы решили, что нейротрансмиттеры смогут обеспечить регенерирующую ткань необходимыми для ее роста внеклеточными сигналами», говорит один из участников проекта, Йадонг Ванг (Yadong Wang).

Нейротрансмиттеры транслируют, усиливают и модулируют сигналы, передающиеся между нейронами и от нейронов к другим клеткам организма. Исследование, проведенное в Coulter Department of Biomedical Engineering at Georgia Tech and Emory University (Джорджия, США), показало, что интеграция нейротрансмиттеров в биодеградируемые полимеры приводит к тому, что данный материал стимулирует процесс образования отростков нервных клеток, необходимый для восстановления проводимости и, следовательно, основных функций нервной системы. Этот подход может быть использован как в терапии механических повреждений ЦНС, так и в терапии инсультов и различных нейродегенеративных расстройств.

Ванг и его группа разработали биополимер со структурой боковых цепей, позволяющей присоединять молекулы нейротрансмиттеров. Такой полимер может быть имплантирован в зону дефекта нервной ткани.

«Одной из наших основных целей является создание структуры, заполняющей полость, образующуюся при механическом повреждении нервной ткани. Эта структура должна способствовать росту аксонов и дендритов и постепенно разрушаться, замещаясь вновь сформированной нормальной тканью», объясняют ученые.

В своих экспериментах Ванг и коллеги протестировали полимеры с различным содержанием молекул ацетилхолина. Известно, что ацетилхолин индуцирует образование аксонов и синапсов (контактов между нервными клетками). Изолированные из ЦНС экспериментальных животных ганглии помещали в тестируемые биополимеры, после чего оценивали рост дендритов и аксонов из ганглиев. Помимо скорости роста и количества отростков, авторы оценили степень их разветвленности.

«Мы установили, что при 70% содержания ацетилхолина полимер обладал таким же регенеративным потенциалом, как белок ламинин, – основной белок, необходимый для культивирования нервных клеток». 70% ацетилхолина способствовало росту аксонов со скоростью 0,7 мм в сутки.

Ламинин – белок, постоянно присутствующий в составе нервной ткани, но он растворим в воде, что служит препятствием для включения его в трансплантат, который должен оставаться в организме в течении нескольких месяцев. Синтетический полимер с ацетилхолиновыми функциональными группами в воде нерастворим.

Поскольку восстановление функций нервной системы тесно связано с формированием синапсов, исследователи также определили содержание во вновь сформированных отростках белков синаптической мембраны. Было показано, что нейроны, который культивировали в биополимере, экспрессировали нейрональный маркерный белок синаптофизин.

В настоящее время ведется исследование механизмов, определяющих взаимодействие нейронов с синтетическим биополимером. Возможно, это поможет найти специфические пути контроля за регенерацией нервной ткани.


Микрофотография ганглия, помещенного в биополимер с 70% содержанием ацетилхолина.

По материалам:
ScienceDaily

В оформлении использована иллюстрация SciencePhotoLibrary.