Стимулировать рост нервной ткани и одновременно гасить опасное воспаление ученым удалось с помощью наночастиц, заключенных в коллагеновую матрицу.
Ученые из Томского политехнического университета вместе с российскими и китайскими коллегами создали необычный материал для восстановления мозга. Это гидрогель с добавлением крошечных магнитоэлектрических частиц. По сути, они соединили две тактики лечения в одну. С одной стороны, магнитное поле помогает восстанавливать нарушенные связи между нейронами. С другой стороны, сам гидрогель снимает воспаление, которое обычно только ухудшает состояние после травмы. Разработку уже проверили в лаборатории, и она показала хорошие результаты. Исследование поддержал Российский научный фонд, а статья о нем вышла в журнале Journal of Materials Chemistry B.
Когда случается черепно-мозговая травма, главная проблема в том, что нервные клетки гибнут, а новые появляются очень медленно. Организм сам не справляется с восстановлением. Один из перспективных подходов — заставить собственные стволовые клетки мозга мигрировать к месту повреждения и превратиться там в полноценные нейроны. Для этого нужны правильные биологические и физические сигналы.
Но беда в том, что после травмы запускается целый каскад вторичных разрушительных процессов. Развивается сильное воспаление, клетки испытывают окислительный стресс, страдают их энергетические станции — митохондрии. Все это наносит дополнительный урон здоровым тканям рядом с очагом повреждения. Поэтому исследователям нужны были комплексные средства, которые одновременно и чинят нейронные сети, и гасят пожар воспаления.
Томские ученые с коллегами взяли за основу магнитоэлектрические наночастицы, устроенные как ядро и оболочка. Сердцевина там сделана из феррита марганца и обладает магнитными свойствами, а внешняя оболочка — из пьезоэлектрического материала. Если на такую частицу подействовать переменным магнитным полем, ядро слегка меняет форму из-за магнитострикции. Эта крошечная деформация передается оболочке, та сжимается и вырабатывает электрический потенциал. Так магнитное поле управляет электрической активностью частиц без прямого контакта с тканями — настоящее дистанционное управление на микроуровне. Эти частицы ученые поместили внутрь гидрогеля, который состоит из коллагена, гиалуроновой кислоты и метформина.
Оказалось, что просто магнитная стимуляция без таких частиц не дает клеткам превращаться в нейроны. А вот с частицами внешнее поле превращается в локальные электрические сигналы, и они как раз запускают процесс формирования нервной ткани. Гидрогель выполняет еще несколько важных задач. Метформин в его составе борется с воспалением и защищает здоровые клетки. Сам гель служит каркасом для поврежденного участка и позволяет доставлять частицы и лекарство точно в нужную зону, причем постепенно. В экспериментах на животных у подопытных восстанавливалась память и способность ориентироваться в пространстве.
Сейчас исследователи хотят разобраться, как именно разные режимы магнитного стимуляции и концентрация компонентов влияют на итоговый результат. Это поможет подобрать самую эффективную схему лечения для будущих клинических применений. Кроме ТПУ, в работе участвовали ученые из Института катализа СО РАН, Сколтеха, центра LIFT, Томского государственного университета и китайского Сычуаньского университета.
Ранее ученые создали материал, который гасит силу удара.