Российские учёные развивают сразу несколько технологий, которые могут помогать организму восстанавливать нерв после тяжёлой травмы. Речь идёт не об одном универсальном методе, а о разных по конструкции и назначению решениях: трубчатом кондуите для периферических нервных волокон, резорбируемом каркасе для спинного мозга и тонком имплантате со световой стимуляцией.
Общая задача у этих разработок одна: создать биосовместимую основу, по которой нервная клетка сможет расти через место повреждения. Такой подход особенно важен при разрыве нервного волокна, когда собственная регенерация организма ограничена, а утрата функции может стать стойкой.
Три инженерных подхода к восстановлению нервной ткани
| Разработка | Назначение | Материалы и принцип работы | Стадия исследований |
|---|---|---|---|
| Кондуит СПбПУ | Замещение дефектов периферических нервов | Трубчатая матрица из полилактида с хитозановыми волокнами и углеродными нанотрубками | Успешные опыты на животных, результаты опубликованы в международном научном журнале |
| Нейроимплантат НИТУ МИСИС | Восстановление спинного мозга после повреждения | Наноструктурированный каркас из резорбируемого полимера с направленной структурой | Лабораторные эксперименты на клеточных культурах завершены, идут испытания на животных |
| Устройство Сеченовского университета | Ускорение роста клеток при разрыве периферического нерва | Биоразлагаемая шёлковая плёнка с органическими полупроводниковыми пикселями, активируемыми красным светом | Следующий этап: исследования на крысах, затем на кроликах и людях |
Кондуит из полилактида и хитозановых волокон
Учёные Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого совместно с коллегами из петербургских вузов и институтов РАН разработали метод замещения дефектов периферических нервных волокон. В основу конструкции вошли композитные волокна на основе хитозана с углеродными нанотрубками.
Исследователи получили трубчатую матрицу, или кондуит, длиной 1–1,5 сантиметра. Внутрь трубки ввели хитозановые волокна с различным содержанием углеродных нанотрубок и закрепили их. Получившаяся конструкция позволяла соединить два конца периферического нерва.
«Волокна вводили во внутренний просвет трубки и закрепляли. И с помощью данной конструкции соединяли два конца периферического нерва», — рассказала аспирантка СПбПУ Нурджемал Тагандурдыева.
Учёные удалили часть седалищного нерва у животных, заместили дефект тестовым образцом и через несколько месяцев провели анализ. Эксперимент подтвердил возможность использовать такую конструкцию для замещения дефектов периферических нервов. Полилактид для кондуита и хитозан для волокон относятся к резорбируемым биосовместимым полимерам. Острой воспалительной реакции организма на материал исследователи не наблюдали.
Вновь образованные нервы прорастали через трубку с волокнами, а у животных восстанавливалась двигательная активность лапки. На рынке доступны нервные кондуиты из коллагена, желатина, хитозана и полигликолида, но, как сообщают разработчики, они не могут замещать дефекты более 3 сантиметров. Петербургская технология рассчитана на решение этой проблемы.
Направленный рост клеток в имплантате для спинного мозга
НИТУ МИСИС создал прототип нейроимплантата для восстановления спинного мозга после повреждения. Травма в этом участке останавливает передачу нервного сигнала и часто приводит к параличу. Электростимулирующие системы могут взять на себя роль повреждённых нейронных структур, но не восстанавливают собственные нервные ткани пациента.
Разработка МИСИС использует другой принцип. Учёные создали наноструктурированный каркас из биорастворимого полимера, механические свойства которого близки к нативным тканям спинного мозга. Направленная структура помогает клеткам прикрепляться к материалу и двигаться вдоль конструкции.
«Была создана направленная наноструктура, на которую клетки прикрепляются и продолжают свой путь вдоль конструкции, как по рельсам», — пояснила сотрудник лаборатории тканевой инженерии и регенеративной медицины НИТУ МИСИС Элеонора Зеленова.
Такой нейроимплантат планируют вживлять непосредственно в место травмы. После выполнения функции он должен рассосаться без последствий для организма. Эффективность материала уже проверили на клеточных культурах. Теперь учёные испытывают конструкцию на животных.
Световая стимуляция нерва через биоразлагаемую плёнку
В Сеченовском университете разработали устройство для ускорения восстановления повреждённых периферических нервов при разрыве более 5 миллиметров. Если расстояние между окончаниями нерва меньше этой величины, хирург может стянуть и сшить их. При большем разрыве такой способ не подходит.
Конструкция выглядит как тонкая прозрачная плёнка размером около 6×2 миллиметра, которую наматывают вокруг разорванного нерва. На внутреннюю сторону плёнки нанесли круглые органические пиксели-полупроводники диаметром 100–200 микрометров. Каждый полупроводниковый слой имеет толщину 30 нанометров.
После имплантации пациент проходит процедуры со световым воздействием. Красный свет проходит через ткани организма и активирует полупроводниковые структуры по принципу солнечной батареи. Плёнка становится для повреждённого нерва своеобразной основой для роста, а стимуляция должна ускорить регенерацию. Насколько быстрее нерв восстановит функцию? Точный срок учёные рассчитывают определить только после испытаний на крысах.
Плёнку изготовили из шёлка коконов шелкопряда. Она биосовместима, биоразлагаема и, по расчёту разработчиков, разложится в организме за 1–1,5 года, после чего выведется без токсичного воздействия. Органические красители, из которых созданы полупроводники, должны раствориться вместе с материалом плёнки.
Почему конструкция имплантата определяет результат
Для восстановления периферической нервной системы недостаточно просто закрыть место повреждения. Научный обзор Московского государственного университета имени М. В. Ломоносова и Института экспериментальной кардиологии указывает, что существующие методы не всегда могут достаточно долго поддерживать выживание нервных клеток и рост нейритов, особенно при тяжёлых, застарелых и сочетанных травмах.
Авторы обзора связывают перспективы лечения с комбинированными воздействиями: генной, клеточной и тканеинженерной технологиями. Представленные российские разработки относятся к тканевой инженерии, поскольку используют имплантат или материал как конструктивную среду для регенерации. В одном случае рост направляют внутренние волокна кондуита, в другом работает наноструктурированный каркас, в третьем добавляется стимуляция красным светом.
Что предстоит проверить разработчикам
- Подтвердить безопасность биосовместимых и резорбируемых материалов в исследованиях на животных.
- Оценить, как конструкция влияет на рост нервного волокна и восстановление двигательной либо сенсорной функции.
- Для светочувствительного устройства определить реальный срок ускорения регенерации после тестов на крысах.
- Продолжить создание кондуитов с помощью биопринтера, чтобы точнее имитировать структуру нативной ткани.
- После доклинических этапов перейти к проверке устройств на людях, если результаты исследований это позволят.
Разработки пока находятся на разных стадиях исследований и не заменяют действующие методы лечения. Но они показывают, как инженерная проработка материала, геометрии каркаса и способа стимуляции может помочь нервной ткани восстановить утраченные связи.
Частые вопросы
Для чего нужен кондуит при повреждении периферического нерва?
Кондуит СПбПУ соединяет два конца периферического нерва и создаёт внутреннюю среду с хитозановыми волокнами, через которую могут прорастать вновь образованные нервы.
Какая длина кондуита получена петербургскими учёными?
Исследователи получили трубчатую матрицу длиной от 1 до 1,5 сантиметра.
Испытали ли нейроимплантат НИТУ МИСИС на людях?
Нет. Разработка показала эффективность в лабораторных экспериментах на клеточных культурах, а испытания на животных ещё проводятся.
Как работает устройство Сеченовского университета?
Органические полупроводниковые пиксели на биоразлагаемой плёнке активируются импульсами красного света и стимулируют клетки, с которыми плёнка контактирует.
Нужно ли удалять светочувствительный имплантат после восстановления нерва?
Нет, разработчики сообщают, что плёнка и полупроводниковые структуры биосовместимы и должны раствориться в организме вместе с материалом основы.
Почему тяжёлые травмы нервов трудно лечить?
Врожденный потенциал периферических нервов к регенерации ограничен. При тяжёлых, застарелых или сочетанных повреждениях существующие подходы не всегда позволяют восстановить структуру и функцию нерва.
Позиция экспертов Реестр Гарант
Команда «Реестр Гарант» видит в этих проектах прежде всего инженерную работу с материалом и конструкцией имплантата. Кондуит с внутренними волокнами, направленный наноструктурированный каркас и светочувствительная плёнка решают одну задачу разными способами: создают условия для роста нервной ткани. Все три решения ещё требуют дальнейшей экспериментальной проверки.