Ett nytt material tillverkat av kolnanorör stödjer tillväxten av nervfibrer, överbrygga segregerade neurala explantat och tillhandahålla en funktionell återkoppling. Studien, som koordinerades av SISSA i Trieste, observerade också biokompatibilitet av materialet in vivo, som visar att implantering av det i hjärnan på små gnagare inte orsakar stora ärr eller ett markant immunsvar. Studien, publiceras i Vetenskapens framsteg visar att materialet skulle kunna utvärderas för tillämpningar av proteser i nervsystemet.

"Under mikroskopet, det ser ut som en knuten härva av rör. Det studerades ursprungligen för att sanera utspillda kolväten i havet, " förklarar Laura Ballerini, SISSA Professor och koordinator för den nyligen publicerade studien. Det var Maurizio Pratos intuition, dock, som fick dem att undersöka möjligheten att applicera sådant material på nervvävnad. Idén att utveckla hybriderna av neuroner och nanomaterial var resultatet av ett långsiktigt projekt och samarbete mellan Prato (Universitetet i Trieste) och Ballerinis (SISSA) grupper.

I föreliggande studie, Ballerini och hennes team undersökte först materialets reaktion på nervvävnad in vitro. "Vi explanterade två ryggmärgssegment och odlade dem tillsammans, men separerade dem med 300 mikron, " säger Sadaf Usmani, en Ph.D. student vid skolan och första författare till studien. "Under dessa förhållanden, utan några ställningar som rekonstruerar utrymmet mellan de två explantaten, vi observerade tillväxt av nervfibrer som sträckte sig i raka buntar i vilken riktning som helst, men inte nödvändigtvis mot den andra vävnaden. Om vi ​​sätter in en liten bit av kolsvampen i utrymmet mellan de två, dock, vi ser tät tillväxt av nervfibrer som fyller strukturen och flätas samman med det andra provet."

"Det räcker inte att observera fiber som når det kontralaterala explantatet, dock, " påpekar forskaren vid universitetet i Trieste och en av författarna till studien, Denis Scaini. "Du måste visa att det finns ett funktionellt samband mellan de två populationerna av neuroner." För detta, SISSA Professor David Zoccolan och hans team var avgörande. "Med signalanalystekniker som de redan hade utvecklat, vi kunde visa två saker:för det första, att spontan nervös aktivitet i de två proverna faktiskt var korrelerad, indikerar en anslutning, som inte fanns där när svampen var frånvarande, och för det andra, att genom att applicera en elektrisk signal till ett av proverna, aktiviteten hos det andra provet kan utlösas, men bara när nanorören var närvarande."

Tester för biokompatibilitet

Resultaten i labbet var mycket positiva. Men detta var inte tillräckligt för Ballerini och hennes kollegor. "För att fortsätta att investera ytterligare energi och resurser till studien för potentiella tillämpningar, är avgörande för att testa om materialet accepteras av levande organismer utan negativa konsekvenser, säger Ballerini.

För att utföra dessa tester, Ballerinis team arbetade nära SISSA-forskaren Federica Rosselli. "Vi implanterade små delar av materialet i hjärnan på friska gnagare. Efter fyra veckor, vi observerade att materialet tolererades väl. Det fanns begränsade ärr, samt låga immunsvar, och vissa biologiska indikatorer visade till och med att det kunde ha positiva konsekvenser. Det fanns också en progressiv invasion av neuroner i svampen. Råttorna var vitala och friska under hela fyra veckorna, säger Usmani.

"Sammanfattningsvis, säger Ballerini, "de utmärkta resultaten uppmuntrar oss att fortsätta denna forskning. Dessa material kan vara användbara för att täcka elektroder som används för att behandla rörelsestörningar som Parkinsons eftersom de är väl accepterade av vävnad, medan implantaten som används idag blir mindre effektiva med tiden på grund av ärrvävnad. Vi hoppas att detta uppmuntrar andra forskarlag med multidisciplinär expertis att utöka denna typ av studier ytterligare."