Rurka nerwowa z drukarki 3D pomoże odzyskać sprawność po urazie

Drukowana w 3D rurka opracowana w Centrum Zaawansowanych Technologii UAM, odtwarza warunki sprzyjające regeneracji przerwanych nerwów.

Gdy nerw w ręce lub nodze zostaje przecięty, mózg traci kontakt z mięśniami na długie miesiące. Pacjent przestaje czuć dotyk, pojawia się osłabienie, a niekiedy całkowity paraliż. Zespół badaczy z Poznania oraz współpracujących europejskich ośrodków opracował drukowaną w 3D strukturę, dzięki której komórki nerwowe potrafią wędrować, łączyć się i tworzyć nowe połączenia. Prace prowadzi dr Jagoda Litowczenko-Cybulska z Centrum Zaawansowanych Technologii Uniwersytetu im. Adama Mickiewicza w Poznaniu, specjalizująca się w biomateriałach i biodruku 3D.

Co właściwie dzieje się, gdy nerw zostaje przecięty?

Urazy nerwów obwodowych są częstym problemem w chirurgii i neurologii. Dochodzi do nich w wyniku wypadków, głębokich skaleczeń lub komplikacji operacyjnych. Gdy włókno nerwowe zostaje przerwane, fragment ciała traci połączenie z mózgiem i przestaje reagować. Organizm potrafi regenerować nerwy, ale tylko wtedy, gdy przerwa jest niewielka. Większe ubytki — mierzone w centymetrach — nie regenerują się samodzielnie.

Dlaczego autoprzeszczep jest dobry, ale nigdy idealny?

Obecnym standardem leczenia jest autoprzeszczep, czyli pobranie kawałka nerwu z innej części ciała i wszycie go w miejsce uszkodzenia. Choć metoda działa, wiąże się z konsekwencjami: drugą raną, utratą czucia w miejscu pobrania i ograniczoną długością dostępnego materiału. Dlatego od lat poszukuje się syntetycznych tuneli nerwowych, które prowadziłyby odrastające włókna dokładniej i bez konieczności pobierania nerwu od pacjenta.

Dotychczasowe sztuczne rurki są jednak zbyt proste — to zwykle gładki plastik lub kolagen, bez struktury i sygnałów, które w naturalnej tkance wskazują neuronom właściwy kierunek wzrostu.

Poznańskim naukowcom udało się zrobić coś więcej niż kolejną rurkę

W pracy opublikowanej w czasopiśmie Biofabrication zespół dr Litowczenko-Cybulskiej zaprezentował rurkę GrooveNeuroTube, która znacznie lepiej odtwarza środowisko regenerującego się nerwu. Konstrukcja łączy cztery elementy:

• drukowany w 3D szkielet z polikaprolaktonu (PCL), bioplastiku stosowanego w implantach,
• miękki hydrożel z kwasu hialuronowego i żelatyny, naśladujący konsystencję tkanki nerwowej,
• czynniki wzrostu, kierujące ruchem komórek nerwowych,
• lizozym, enzym o działaniu antybakteryjnym.

Szkielet wydrukowano jako cienką siatkę włókien i zrolowano w rurkę długości około 1,5 cm. Na tej konstrukcji umieszczono hydrożel, tworząc środowisko przypominające wilgotną, elastyczną tkankę, do której neurony mogą się „zakotwiczyć” i w niej rosnąć.

Jak zbudować model przerwanego nerwu w warunkach laboratoryjnych?

Aby sprawdzić działanie GrooveNeuroTube, naukowcy wykorzystali komórki F11 — linię naśladującą neurony czuciowe. Zawiesili je w kolagenowym żelu i umieścili na obu końcach rurki przy pomocy bioprintera. Środkowa część tunelu była pusta — dokładnie tak jak w przerwanym nerwie u pacjenta.

Przez 60 dni śledzono ruch i aktywność komórek. Już po czterech tygodniach neurony z obu stron pokonały po ok. 8 mm i spotkały się w środku rurki. Po dwóch miesiącach jej wnętrze było wypełnione komórkami z długimi wypustkami tworzącymi rozgałęzioną sieć, przypominającą młodą tkankę nerwową. Przeżywalność komórek przekraczała 95 procent.

Rurka plus stymulacja elektromagnetyczna: duet, który działa najlepiej

Badacze porównali trzy warianty rurki: bez czynników wzrostu, z ich dodatkiem oraz z czynnikami wzrostu połączonymi ze stymulacją impulsowym polem elektromagnetycznym (PEMF). PEMF to słabe, rytmiczne pole magnetyczne stosowane przez cztery godziny dziennie.

Najlepsze efekty uzyskano przy połączeniu wszystkich trzech elementów — komórki przemieszczały się niemal dwukrotnie dalej niż w wariantach bez czynników wzrostu, a najdłuższe wypustki osiągały blisko pół milimetra.

Od badań do przyszłych zabiegów chirurgicznych

Naukowcy zaznaczają, że GrooveNeuroTube nie jest jeszcze implantem gotowym do użycia u pacjentów. Obecnie stanowi realistyczny model laboratoryjny przerwanego nerwu, który pozwala testować różne składy hydrożeli, dawki czynników wzrostu i schematy stymulacji. Dzięki temu można szybciej rozwijać metody regeneracji nerwów, ograniczając liczbę eksperymentów na zwierzętach.

Koncepcja łączenia rusztowania, hydrożelu, sygnałów chemicznych i zabezpieczenia antybakteryjnego jest jednak bardzo bliska temu, czego w praktyce potrzebują chirurdzy naprawiający nerwy u pacjentów po poważnych urazach, operacjach onkologicznych czy wypadkach komunikacyjnych. W przyszłości inteligentna rurka mogłaby zostać wszczepiona bezpośrednio w miejsce przerwanego nerwu, zmniejszając liczbę zabiegów i zwiększając szanse na powrót czucia i sprawności.

Źródło: naukawpolsce.pl

Anna Sadurska