Biomedicinska ingenjörer vid Duke University har kokat ihop ett injicerbart biomaterial som faktiskt kan hjälpa hjärnor att studsa tillbaka efter en ischemisk stroke. I musexperiment förvandlade geggan hålan som lämnats av död hjärnvävnad till en mysig läkningscentral, rekryterade kroppens egna immunceller, fick nya blodkärl att gro, justerade nervvävnad och gav gnagarna bättre motoriska färdigheter. Resultaten publicerades i Cell Biomaterials.

Så här ligger det till med stroke: miljontals människor drabbas av ischemisk stroke varje år, där en blodpropp blockerar blodflödet till en del av hjärnan. Akutbehandlingar som propplösande läkemedel eller fysiskt avlägsnande av proppen kan rädda fortfarande livsduglig vävnad, men när hjärnvävnad väl är död är den borta. Svåra strokar kan lämna ett gapande hål där hjärnan brukade vara, och rehabilitering kan bara göra så mycket – den hjälper överlevande kretsar att anpassa sig men bygger inte upp den förlorade regionen.

”När hjärnvävnad väl har förlorats räcker det inte längre med att återställa blodflödet”, säger Tatiana Segura, Robert Plonsey Distinguished Professor i biomedicinsk teknik vid Duke. ”Vårt mål är att konstruera det skadade utrymmet så att immun-, kärl- och nervreparationsprocesser kan börja arbeta tillsammans.”

Teamet skapade en miljö inuti strokehålan som stödjer flera typer av reparation samtidigt. De använde MAPS – mikroporösa glödgade partikelscaffolds – som är hydrogel-mikropartiklar som sätts samman till en porös struktur, vilket ger en ram för celler att bygga upp nervvävnad. Men de stannade inte där. De ville också utnyttja immunsystemet, med fokus på astrocyter, de stjärnformade celler som svarar snabbt på hjärnskador. Astrocyter frigör extracellulära vesiklar (EV) – små paket av proteiner, lipider och genetiskt material som påverkar andra celler.

Istället för att bara injicera EV i det skadade området fäste forskarna dem kemiskt på hydrogel-mikropartiklarna. Detta höll signalerna koncentrerade inom scaffolden, vilket gav inkommande celler en bättre chans att stöta på dem. ”Vi placerar inte bara ett material i hjärnan”, säger Segura. ”Vi konstruerar en lokal miljö som kan koordinera flera delar av reparationssvaret.”

En signalkombination utmärkte sig: IL-4 och C1q, som lockade hjälpsamma immunceller som makrofager och en överraskande ihärdig population av neutrofiler. Neutrofiler är vanligtvis de onda i tidig strokeinflammation, men resultaten tyder på att deras roll är mer nyanserad. Senare, med rätt signaler, kan de faktiskt stödja reparation. När forskarna avlägsnade dessa neutrofiler sjönk blodkärlsbildningen och scaffolden omformades inte lika mycket – ett bevis på att dessa celler betyder något.

”Detta resultat förändrar hur vi tänker om neutrofiler efter stroke”, säger Shangjing Xin, ledande forskare och postdoktor i Segura-labbet. ”Deras roll verkar bero på när de anländer, var de befinner sig och vilka signaler de får från sin omgivning. Vår studie visar en potentiell ingenjörsstrategi för att rekrytera och behålla dessa celler vid rätt tidpunkt.”

När immunceller flyttade in bildades nya blodkärl genom hela hålan, och axonala fibrer – hjärnans kommunikationskablar – ökade både inuti och runt det skadade området. Mössen blev också bättre på ett rutnätsgångtest (som mäter frambensfelsteg), och efter åtta veckor var de statistiskt oskiljbara från friska kontroller. Förbättringen varade under resten av studien.

Teamet försökte också med EV utan scaffold, men de misslyckades med att producera liknande blodkärlsreparation. Så biomaterialet är inte bara en leveransvektor – dess porösa arkitektur och förmåga att hålla signaler koncentrerade är avgörande.

Naturligtvis är allt detta fortfarande prekliniskt. Behandlingen har bara testats på möss, med direkt injektion i hjärnan. Mer forskning behövs för att bedöma säkerhet, förstå immuncellers roller och se om det fungerar i större modeller närmare mänsklig stroke. Dessutom kommer EV:erna för närvarande från råtta-astrocyter; den