Traumatisk hjärnskada (TBI) - definierad som en knöl, slag eller stöt i huvudet som stör normal hjärnfunktion – skickade 2,5 miljoner människor i USA till akuten 2014, enligt statistik från U.S. Centers for Disease Control and Prevention. I dag, forskare rapporterar en självmonterande peptidhydrogel som, när det injiceras i hjärnan på råttor med TBI, ökad återväxt av blodkärl och neuronal överlevnad.

Forskarna kommer att presentera sina resultat vid American Chemical Society (ACS) Fall 2019 National Meeting &Exposition.

"När vi tänker på traumatiska hjärnskador, vi tänker på soldater och idrottare, "säger Biplab Sarkar, Ph.D., vem som presenterar arbetet på mötet. "Men de flesta TBI inträffar faktiskt när människor faller eller är inblandade i motorfordonsolyckor. När medelåldern i landet fortsätter att stiga, Särskilt antalet fallrelaterade olyckor kommer också att öka."

TBI omfattar två typer av skador. Primär skada beror på den initiala mekaniska skadan på neuroner och andra celler i hjärnan, såväl som blodkärl. Sekundära skador, som kan inträffa sekunder efter TBI och pågå i flera år, inkluderar oxidativ stress, inflammation och störning av blod-hjärnbarriären. "Den sekundära skadan skapar denna neurotoxiska miljö som kan leda till långsiktiga kognitiva effekter, "Sarkar säger. Till exempel, TBI-överlevande kan uppleva försämrad motorisk kontroll och en ökad grad av depression, han säger. För närvarande, det finns ingen effektiv regenerativ behandling för TBI.

Sarkar och Vivek Kumar, Ph.D., projektets huvudutredare, ville utveckla en terapi som kunde hjälpa till att behandla sekundära skador. "Vi ville kunna växa upp nya blodkärl i området för att återställa syreutbyte, som minskar hos patienter med TBI, " säger Sarkar. "Också, vi ville skapa en miljö där neuroner kan stödjas och till och med frodas."

Forskarna, båda vid New Jersey Institute of Technology, hade tidigare utvecklat peptider som kan självbilda sig till hydrogeler när de injiceras i gnagare. Genom att införliva fragment av särskilda proteinsekvenser i peptiderna, teamet kan ge dem olika funktioner. Till exempel, Sarkar och Kumar utvecklade tidigare angiogena peptidhydrogeler som får nya blodkärl när de injiceras under huden på möss.

För att anpassa sin teknik till hjärnan, Sarkar och Kumar modifierade peptidsekvenserna för att göra hydrogelens materialegenskaper mer likna hjärnvävnadens, som är mjukare än de flesta andra vävnader i kroppen. De bifogade också en sekvens från ett neuroskyddande protein som kallas ependymin. Forskarna testade den nya peptidhydrogelen i en råttmodell av TBI. När den injiceras på skadestället, peptiderna samlades ihop till en hydrogel som fungerade som en neuroprotektiv nisch till vilken neuroner kunde fästa.

En vecka efter injicering av hydrogelen, teamet undersökte råttornas hjärnor. De fann att i närvaro av hydrogelen, hjärncellernas överlevnad förbättrades dramatiskt, vilket resulterar i ungefär dubbelt så många neuroner vid skadestället hos behandlade råttor än hos kontrolldjur med hjärnskada. Dessutom, forskarna såg tecken på nybildning av blodkärl. "Vi såg några indikationer på att råttorna i den behandlade gruppen var mer ambulerande än de i kontrollgruppen, men vi måste göra fler experiment för att faktiskt kvantifiera det, säger Sarkar.

Enligt Kumar, ett av nästa steg kommer att vara att studera beteendet hos de behandlade djuren för att bedöma deras funktionella återhämtning från TBI. Forskarna är också intresserade av att behandla råttor med en kombination av deras tidigare angiogena peptid och deras nya neurogena version för att se om detta kan förbättra återhämtningen. Och slutligen, de planerar att ta reda på om peptidhydrogelerna fungerar för mer diffusa hjärnskador, såsom hjärnskakningar. "Vi har sett att vi kan injicera dessa material i en definierad skada och få bra vävnadsregenerering, men vi samarbetar också med olika grupper för att ta reda på om det kan hjälpa till med de typer av skador vi ser hos soldater, veteraner och till och med personer som arbetar på byggarbetsplatser som upplever explosionsskador, " säger Kumar.