Биомедицинские инженеры из Университета Дьюка приготовили инъекционный биоматериал, который может реально помочь мозгу восстановиться после ишемического инсульта. В экспериментах на мышах эта субстанция превратила полость, оставшуюся после гибели мозговой ткани, в уютный центр заживления, привлекая собственные иммунные клетки организма, проращивая новые кровеносные сосуды, настраивая нервную ткань и улучшая двигательные навыки грызунов. Результаты опубликованы в журнале Cell Biomaterials.

Вот в чем дело с инсультами: миллионы людей каждый год переносят ишемический инсульт, когда тромб блокирует кровоток в части мозга. Экстренные методы лечения, такие как препараты, растворяющие тромбы, или физическое удаление тромба, могут спасти еще жизнеспособную ткань, но если ткань мозга мертва, она ушла. Тяжелые инсульты могут оставить зияющую дыру там, где раньше был мозг, и реабилитация может сделать не так много - она помогает выжившим цепям адаптироваться, но не восстанавливает утраченную область.

"Когда ткань мозга уже потеряна, восстановление кровотока уже недостаточно", - сказала Татьяна Сегура, заслуженный профессор биомедицинской инженерии имени Роберта Плонси в Дьюке. "Наша цель - сконструировать поврежденное пространство так, чтобы иммунные, сосудистые и нейральные процессы восстановления начали работать вместе".

Команда создала среду внутри полости инсульта, которая поддерживает несколько типов восстановления одновременно. Они использовали MAPS - микропористые аннелированные частицы-скаффолды - которые представляют собой гидрогелевые микрочастицы, собирающиеся в пористую структуру, обеспечивая каркас для клеток, чтобы восстановить нервную ткань. Но они не остановились на этом. Они также хотели задействовать иммунную систему, сосредоточившись на астроцитах - звездчатых клетках, которые быстро реагируют на повреждение мозга. Астроциты выделяют внеклеточные везикулы (EV) - крошечные пакеты белков, липидов и генетического материала, которые влияют на другие клетки.

Вместо того чтобы просто вводить EV в поврежденную область, ученые химически прикрепили их к гидрогелевым микрочастицам. Это сохраняло сигналы концентрированными внутри скаффолда, давая входящим клеткам лучший шанс столкнуться с ними. "Мы не просто помещаем материал в мозг", - сказала Сегура. "Мы создаем локальную среду, которая может координировать несколько частей восстановительного ответа".

Одна комбинация сигналов выделялась: IL-4 и C1q, которые привлекали полезные иммунные клетки, такие как макрофаги и удивительно устойчивую популяцию нейтрофилов. Нейтрофилы обычно являются плохими парнями в раннем воспалении после инсульта, но результаты показывают, что их роль более тонкая. Позже, с правильными сигналами, они могут на самом деле поддерживать восстановление. Когда исследователи истощили эти нейтрофилы, образование кровеносных сосудов резко упало, и скаффолд не так сильно ремоделировался - доказательство того, что эти клетки важны.

"Этот результат меняет наше представление о нейтрофилах после инсульта", - сказал Шанцзин Синь, ведущий ученый и постдокторант в лаборатории Сегуры. "Их роль, по-видимому, зависит от того, когда они прибывают, где они расположены и какие сигналы получают от окружения. Наше исследование демонстрирует потенциальную инженерную стратегию для привлечения и удержания этих клеток в нужное время".

По мере того как иммунные клетки проникали, новые кровеносные сосуды формировались по всей полости, а аксональные волокна - коммуникационные кабели мозга - увеличивались как внутри, так и вокруг поврежденной области. Мыши также стали лучше проходить тест с ходьбой по решетке (измеряющий ошибки передних конечностей), и к восьми неделям они статистически не отличались от здоровых контрольных групп. Улучшение сохранялось до конца исследования.

Команда также попробовала EV без скаффолда, но они не смогли вызвать аналогичное восстановление кровеносных сосудов. Таким образом, биоматериал - не просто средство доставки; его пористая архитектура и способность удерживать сигналы концентрированными имеют решающее значение.

Конечно, все это еще доклинические исследования. Лечение было протестировано только на мышах, с прямой инъекцией в мозг. Необходимы дополнительные исследования для оценки безопасности, понимания роли иммунных клеток и проверки эффективности на более крупных моделях, приближенных к инсульту человека. Кроме того, EV в настоящее время получены из астроцитов крыс; в конечном итоге потребуется разработка методов получения EV из человеческих клеток или синтетических аналогов.