Согласно отчету Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ), примерно полмиллиона человек в мире ежегодно получают травму спинного мозга (SCI) в результате несчастных случаев и по иным причинам. Только в России ежегодно регистрируется более 10 тысяч случаев позвоночно-спинномозговых травм. Позвоночник - это довольно хрупкая часть тела с очень низкой способностью к регенерации, поэтому полученная травма, как правило, причиняет серьезные проблемы в течение довольно длительного времени

Image credits: Alan Calvert/Unsplash

Пока что не существует такого метода лечения, который гарантировал бы надежное и постоянное избавление от последствий травмы позвоночника. Тем не менее, недавно группа исследователей из Университета Авейру в Португалии создала биоматериал, который предлагает многообещающий способ лечения SCI. Биоматериал состоит из графена и может быть использован для разработки имплантатов, которые заменят поврежденные части позвоночника в случае травмы спинного мозга. 

Потенциал имплантата на основе графена

Специальный биоматериал разработан в рамках инициативы NeuroStimSpinal - научно-исследовательского проекта, финансируемого программой European Union’s Horizon 2020. Основная цель этой инициативы - разработать имплантат из нейронной ткани, который мог бы предложить эффективное лечение пациентам, страдающим от травм позвоночника.

В своем исследовании ученые продемонстрировали, что из смеси материала на основе графена и внеклеточного матрикса можно сформировать трехмерный каркас, структурные свойства которого схожи со свойствами спинного мозга человека.   

Интересно, что матрица, которую исследователи также называют "децеллюляризированной внеклеточной матрицей", содержит большое количество белка и вырабатывается клетками человеческого организма. Он обеспечивает прочность каркаса. В свою очередь, графеновая структура является электропроводящей и способствует перемещению по ним электрических импульсов.

Модель участка спинного мозга. Image credits: CHUTTERSNAP/Unsplash

Исследователи утверждают, что созданный ими имплантат имеет пористую структуру и не ограничивает движение спинномозговых жидкостей, а также является биоразлагаемым, как и реальная ткань.

Кроме того, исследователи провели интересный лабораторный эксперимент, который успешно продемонстрировал способность имплантата поддерживать рост нервных клеток. Они поместили нервные стволовые клетки внутрь имплантата и пропустили через каркас электрические импульсы. Стволовые клетки внутри имплантата смогли дать начало глиальным клеткам и нейронам - двум типам клеток, которые формируют нервную ткань, составляющую спинной мозг.      

Полученные результаты позволяют предположить, что с помощью такого имплантата можно заменить любую поврежденную часть спинного мозга. Более того, он может функционировать аналогично поврежденной части, а также обеспечивать регенерацию нервных клеток в области травмы. Таким образом, пациент сможет восстановить естественные функции своего тела без какой-либо внешней поддержки.  

Новому имплантату еще предстоит доказать свою эффективность

Имплантат на базе графена действительно является многообещающим решением проблемы SCI, однако подобные идеи предлагались и в прошлом. Например, в 2020 году группа исследователей из китайского Университета Цзилинь предложила метод лечения с помощью так называемых полимерных "строительных лесов", направленный на восстановление и регенерацию поврежденных тканей спинного мозга. В июне этого года ученые из Афинского национального университета и Университета Каподестриана провели исследование, в котором описали имплантаты на коллагеновой основе для восстановления поврежденных тканей спинного мозга у животных.

Грудная клетка. Image credits: Ta Z/Unsplash

Однако на данный момент ни одна из этих стратегий (включая нынешнюю, в которой упоминаются графеновые каркасы) не была успешно протестирована на животных моделях, не говоря уже о людях.   

Исследователи также признают, что пройдет не менее десяти лет, прежде чем подобные каркасы будут доступны для клинических испытаний на людях. Один из авторов исследования и главный научный сотрудник Университета Авейру Паула Маркес рассказала изданию Nanowerk:

"У нас появилась реальная надежда. Единственное, что меня расстраивает, это то, что мы не можем ускорить темпы этих исследований - ведь повреждения спинного мозга оказывают очень серьезное влияние на жизнь человека".

В настоящее время исследователи планируют испытать миниатюрную версию имплантатов на крысах. Если их испытания окажутся успешными, это может навсегда изменить подход к лечению пациентов с травмами спинного мозга. 

Результаты исследования представлены на сайте European Commission.

Источники: Site European Commission, Journal Zmescience, Journal Nanowerk

1. (https://cordis.europa.eu/project/id/829060)

2. (https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news2/newsid=61480.php)

3. (https://www.zmescience.com/medicine/paralyzed-rat-flexible-spinal-cord-053534/)

4. (https://www.zmescience.com/medicine/here-is-an-incredible-scaffold-implant-that-mimics-the-spinal-cord/)