Inginerii biomedicali de la Universitatea Duke au preparat un biomaterial injectabil care ar putea ajuta creierul să-și revină după un accident vascular ischemic. În experimentele pe șoareci, gelul a transformat cavitatea lăsată de țesutul cerebral mort într-un hub de vindecare confortabil, recrutând celulele imunitare ale organismului, generând noi vase de sânge, ajustând țesutul neural și oferind rozătoarelor abilități motorii mai bune. Descoperirile au fost publicate în Cell Biomaterials.

Iată care e treaba cu accidentele vasculare: milioane de oameni au accidente vasculare ischemice în fiecare an, când un cheag de sânge blochează fluxul sanguin către o parte a creierului. Tratamentele de urgență, cum ar fi medicamentele care dizolvă cheagurile sau îndepărtarea fizică a cheagului, pot salva țesutul încă viabil, dar odată ce țesutul cerebral este mort, dispare. Accidentele vasculare severe pot lăsa o gaură căscată acolo unde era creierul, iar reabilitarea poate face doar atât: ajută circuitele supraviețuitoare să se adapteze, dar nu reconstruiește regiunea pierdută.

„Odată ce țesutul cerebral a fost pierdut, restabilirea fluxului sanguin nu mai este suficientă”, a spus Tatiana Segura, profesor distins de inginerie biomedicală Robert Plonsey la Duke. „Scopul nostru este să inginerim spațiul rănit astfel încât procesele imunitare, vasculare și de reparare neurală să poată începe să lucreze împreună.”

Echipa a creat un mediu în interiorul cavității accidentului vascular care susține mai multe tipuri de reparare simultan. Au folosit MAPS – schele de particule microporoase anelate – care sunt microparticule de hidrogel ce se asamblează într-o structură poroasă, oferind un cadru pentru celule pentru a reconstrui țesutul neural. Dar nu s-au oprit aici. Au vrut să valorifice și sistemul imunitar, concentrându-se pe astrocite, acele celule în formă de stea care răspund rapid la leziunile cerebrale. Astrocitele eliberează vezicule extracelulare (EV) – pachete minuscule de proteine, lipide și material genetic care influențează alte celule.

Mai degrabă decât să injecteze doar EV în zona deteriorată, oamenii de știință le-au atașat chimic de microparticulele de hidrogel. Aceasta a menținut semnalele concentrate în interiorul schelei, oferind celulelor care sosesc o șansă mai bună să se lovească de ele. „Nu plasăm pur și simplu un material în creier”, a spus Segura. „Inginerim un mediu local care poate coordona mai multe părți ale răspunsului de reparare.”

O combinație de semnale a ieșit în evidență: IL-4 și C1q, care au atras celule imunitare utile, cum ar fi macrofagele și o populație surprinzător de persistentă de neutrofile. Neutrofilele sunt de obicei băieții răi în inflamația timpurie a accidentului vascular, dar rezultatele sugerează că rolul lor este mai nuanțat. Mai târziu, cu semnalele potrivite, ele ar putea susține de fapt repararea. Când cercetătorii au epuizat aceste neutrofile, formarea vaselor de sânge a scăzut drastic, iar schela nu s-a remodelat la fel de mult – dovadă că aceste celule contează.

„Acest rezultat schimbă modul în care gândim despre neutrofile după un accident vascular”, a spus Shangjing Xin, om de știință principal și bursier postdoctoral în laboratorul Segura. „Rolul lor pare să depindă de momentul în care sosesc, de locul unde sunt localizate și de semnalele pe care le primesc din mediul înconjurător. Studiul nostru demonstrează o strategie potențială de inginerie pentru a recruta și reține aceste celule la momentul potrivit.”

Pe măsură ce celulele imunitare s-au mutat, s-au format noi vase de sânge în toată cavitatea, iar fibrele axonale – cablurile de comunicare ale creierului – au crescut atât în interiorul, cât și în jurul zonei rănite. Șoarecii s-au descurcat și mai bine la un test de mers pe grilă (măsurând pașii greșiți ai membrelor anterioare), iar după opt săptămâni, erau statistic imposibil de distins de controalele sănătoase. Îmbunătățirea a durat pentru restul studiului.

Echipa a încercat și EV fără schelă, dar acestea nu au reușit să producă o reparare similară a vaselor de sânge. Deci biomaterialul nu este doar un vehicul de livrare – arhitectura sa poroasă și capacitatea de a menține semnalele concentrate sunt critice.

Desigur, toate acestea sunt încă preclinice. Tratamentul a fost testat doar pe șoareci, cu injecție directă în creier. Sunt necesare mai multe cercetări pentru a evalua siguranța, a înțelege rolurile celulelor imunitare și a vedea dacă funcționează în modele mai mari, mai apropiate de accidentul vascular uman. De asemenea, EV provin în prezent din astrocite de șobolan;