Duke Üniversitesi'ndeki biyomedikal mühendisleri, iskemik felçten sonra beyinlerin toparlanmasına gerçekten yardımcı olabilecek enjekte edilebilir bir biyomateryal geliştirdiler. Fare deneylerinde, bu jel, ölü beyin dokusunun bıraktığı boşluğu rahat bir iyileşme merkezine dönüştürdü; vücudun kendi bağışıklık hücrelerini topladı, yeni kan damarları filizlendirdi, sinir dokusunu ayarladı ve kemirgenlere daha iyi motor beceriler kazandırdı. Bulgular Cell Biomaterials dergisinde yayınlandı.

Felçle ilgili durum şu: Her yıl milyonlarca insan iskemik felç geçiriyor; burada bir kan pıhtısı beynin bir kısmına kan akışını engelliyor. Pıhtı çözücü ilaçlar veya fiziksel pıhtı çıkarma gibi acil tedaviler hâlâ canlı dokuyu kurtarabilir, ancak beyin dokusu öldüğünde, o gitmiştir. Şiddetli felçler, beynin olduğu yerde kocaman bir boşluk bırakabilir ve rehabilitasyon ancak bu kadar işe yarar - hayatta kalan devrelere uyum sağlamada yardımcı olur, ancak kaybedilen bölgeyi yeniden inşa etmez.

"Beyin dokusu kaybedildikten sonra, kan akışını geri kazandırmak artık yeterli değil," dedi Duke'ta Biyomedikal Mühendisliği Seçkin Profesörü Robert Plonsey olan Tatiana Segura. "Amacımız, bağışıklık, damar ve sinir onarım süreçlerinin birlikte çalışmaya başlayabilmesi için yaralı alanı mühendislikle tasarlamak."

Ekip, felç boşluğunun içinde aynı anda birden fazla onarım türünü destekleyen bir ortam yarattı. MAPS - mikro gözenekli tavlanmış parçacık iskeleleri - kullandılar; bunlar, gözenekli bir yapıya monte edilen ve hücrelerin sinir dokusunu yeniden inşa etmesi için bir çerçeve sağlayan hidrojel mikropartikülleridir. Ama orada durmadılar. Bağışıklık sistemini de kullanmak istediler ve beyin yaralanmasına hızla yanıt veren yıldız şeklindeki hücreler olan astrositlere odaklandılar. Astrositler, diğer hücreleri etkileyen proteinler, lipitler ve genetik materyal içeren küçük paketler olan hücre dışı veziküller (EV'ler) salgılar.

Ekip, EV'leri doğrudan hasarlı bölgeye enjekte etmek yerine, onları kimyasal olarak hidrojel mikropartiküllerine bağladı. Bu, sinyallerin iskele içinde yoğunlaşmasını sağladı ve gelen hücrelere onlara çarpma şansı verdi. "Biz sadece beyne bir malzeme yerleştirmiyoruz," dedi Segura. "Onarım yanıtının birkaç bölümünü koordine edebilen yerel bir ortam mühendisliği yapıyoruz."

Öne çıkan bir sinyal kombinasyonu vardı: IL-4 ve C1q; makrofajlar ve şaşırtıcı derecede kalıcı bir nötrofil popülasyonu gibi yararlı bağışıklık hücrelerini çekti. Nötrofiller genellikle erken felç iltihabında kötü adamlardır, ancak sonuçlar rollerinin daha nüanslı olduğunu gösteriyor. Daha sonra, doğru sinyallerle, aslında onarımı destekleyebilirler. Araştırmacılar bu nötrofilleri tükettiğinde, kan damarı oluşumu keskin bir şekilde düştü ve iskele o kadar fazla yeniden şekillenmedi - bu hücrelerin önemli olduğunun kanıtı.

"Bu sonuç, felç sonrası nötrofiller hakkındaki düşüncemizi değiştiriyor," dedi Segura Laboratuvarı'nda baş bilim insanı ve doktora sonrası araştırmacı olan Shangjing Xin. "Rolleri, ne zaman geldiklerine, nerede bulunduklarına ve çevrelerinden aldıkları sinyallere bağlı görünüyor. Çalışmamız, bu hücreleri doğru zamanda toplamak ve tutmak için potansiyel bir mühendislik stratejisi gösteriyor."

Bağışıklık hücreleri içeri girdikçe, boşluk boyunca yeni kan damarları oluştu ve aksonal lifler - beynin iletişim kabloları - hem yaralı bölgenin içinde hem de çevresinde arttı. Fareler ayrıca bir ızgara yürüme testinde (ön bacak hatalarını ölçen) daha iyi hale geldi ve sekiz hafta sonunda istatistiksel olarak sağlıklı kontrollerden ayırt edilemez hale geldi. İyileşme, çalışmanın geri kalanı boyunca sürdü.

Ekip ayrıca iskele olmadan EV'leri denedi, ancak benzer kan damarı onarımı üretemediler. Yani biyomateryal sadece bir taşıyıcı değil - gözenekli mimarisi ve sinyalleri yoğun tutma yeteneği kritik.

Elbette, tüm bunlar hâlâ klinik öncesi aşamada. Tedavi yalnızca farelerde, beyne doğrudan enjeksiyonla test edildi. Güvenliği değerlendirmek, bağışıklık hücresi rollerini anlamak ve insan felcine daha yakın olan daha büyük modellerde işe yarayıp yaramadığını görmek için daha fazla araştırmaya ihtiyaç var. Ayrıca, EV'ler şu anda sıçan astrositlerinden geliyor; bu da insanlara uygulanmadan önce ele alınması gereken başka bir engel.