Исследование проводилось при грантовой поддержке Минобрнауки и Российского научного фонда.
Результаты работы ученых опубликованы в журналах ACS Applied Bio Materials (Q1; IF:4,7) и Materials Today Bio (Q1; IF:8,2).Восстановление поврежденных нервов становится проблемным процессом из-за низкой регенеративной способности зрелых нейронов. Сегодня наиболее распространенным в клинической практике подходом к закрытию повреждений является трансплантация нервов. Но данный метод имеет ряд издержек, в числе которых заболеваемость донорского места, нехватка доноров, необходимость повторной операции. Поэтому разработка эффективной терапевтической стратегии — актуальная задача для мировой науки.
Одним из эффективных инструментов для формирования мягких тканей, включая нервы, являются электрические стимулы, которые могут обеспечиваться электроактивными материалами. Ученые Исследовательской школы химических и биомедицинских технологий Томского политехнического университета создали магнитные проводники на основе биосовместимого полимера поли-3-оксибутирата (ПОБ), обладающего пьезоэлектрическими свойствами. Данная разработка реализована в сотрудничестве с коллегами из Московского государственного университета имени М.В. Ломоносова и Научного центра биотехнологии РАН.
Кондуит представляет собой полую трубку, которую можно изготовить с персонализированными размерами и структурой. Она имплантируется в область дефекта нерва, в ходе операции в трубку вставляются концы поврежденного нерва, который впоследствии восстанавливается внутри кондуита. Это происходит благодаря его свойствам — составу, микроструктуре, пористости. По мере восстановления нерва кондуит растворяется в организме с образованием безопасных продуктов разложения. В результате, в области травмы остается только восстановленный нерв.Магнитный проводник изготовлен методом электроформования, за счет чего он имеет высокопористую микроволокнистую структуру. Она имитирует структуру внеклеточного матрикса нервов, направляет рост нервной ткани вдоль волокон и обеспечивает транспорт различных сопутствующих метаболитов и питательных веществ к нерву. Кроме того, мы функционализировали проводник биосовместимыми наночастицами магнетита, «зашитыми» внутри волокон. Они способны оказывать непосредственную магнитомеханическую стимуляцию нервной ткани во внешнем магнитном поле. Также в магнитном поле магнетит механически воздействует на полимер, тем самым активируя пьезоэлектрический отклик. Поэтому наши кондуиты, в отличие от имеющихся аналогов, оказывают дополнительную магнитомеханическую и электрическую стимуляцию для восстановления нерва,
В рамках проекта проводились биологические исследования in vitro и in vivo. Они показали, что кондуит поддерживает рост мезенхимальных стволовых клеток крысы и нейрон-подобных клеток в низкочастотном магнитном поле. А после имплантирования кондуита для терапии повреждения седалищного нерва крысы было доказано, что данный материал биосовместим и выполняет барьерную функцию, что способствует регенерации нервов.
На следующем этапе проекта ученые планируют усовершенствовать волокнистую структуру кондуитов посредством ориентации волокон в определенном заданном направлении. Такая структура наиболее перспективна, поскольку точнее воспроизводит морфологию нативного внеклеточного матрикса нервов и нервных волокон. Кроме того, ведутся исследования, направленные на улучшение физико-химических свойств проводников — пьезоэлектрического отклика и гидрофильности поверхности.Электрическая стимуляция особенно актуальна для восстановления такой электрочувствительной ткани, как нервы. Нейронная сеть представляет собой сложную биоэлектрическую цепь, состоящую из множества нейронов, соединенных посредством химических и электрических синапсов. Передача сигналов в этой сети управляется электрическим полем и основана на системе электрических зарядов, нейромедиаторов и потенциалов действия. Таким образом, нейронная сеть высокочувствительна к внешним электрическим полям. Мы полагаем, что воссоздание нормальной электрической среды за счет имплантации электроактивного биоматериала обеспечивает эффективную терапию повреждений периферических нервов,