Kombinationen av grafen -nanoribon gjorda med en process som utvecklats vid Rice University och en vanlig polymer kan en dag vara av avgörande betydelse för att läka skadade ryggmärg hos människor, enligt Rice -kemisten James Tour.

Tourlabbet har tillbringat ett decennium med att arbeta med grafenanoribbon, börjar med upptäckten av en kemisk process för att "packa upp" dem från flerväggiga kolnanorör, som avslöjades i en Nature -tidning 2009. Sedan dess har forskarna har använt dem för att förbättra material för deicers för flygplansvingar, bättre batterier och mindre genomsläppliga behållare för lagring av naturgas.

Nu har deras arbete med att utveckla nanoribbon för medicinska tillämpningar resulterat i ett material som kallas Texas-PEG som kan hjälpa till att sticka skadade eller till och med avskurna ryggmärg.

Ett papper om resultaten av preliminära djurmodellförsök visas idag i journalen Surgical Neurology International .

Graphene nanoribbons anpassade för medicinskt bruk av William Sikkema, en doktorand från Rice och medledare av tidningen, är mycket lösliga i polyetylenglykol (PEG), en biokompatibel polymergel som används vid operationer, läkemedelsprodukter och i andra biologiska tillämpningar. När de biokompatibla nanoribbonen har sina kanter funktionaliserade med PEG -kedjor och sedan blandas ytterligare med PEG, de bildar ett elektriskt aktivt nätverk som hjälper de avskurna ändarna av en ryggmärg att återansluta.

"Neuroner växer fint på grafen eftersom det är en ledande yta och det stimulerar neuronal tillväxt, "Sa Tour.

I experiment på Rice och på andra håll, neuroner har observerats växa längs grafen.

"Vi är inte det enda labbet som har visat att neuroner växer på grafen i en petriskål, "sa han." Skillnaden är att andra laboratorier vanligtvis experimenterar med vattenlöslig grafenoxid, som är mycket mindre ledande än grafen, eller icke -ribboniserade strukturer av grafen.

"Vi har utvecklat ett sätt att lägga till vattenlösliga polymerkedjor till kanterna på våra nanoribon som bevarar deras konduktivitet samtidigt som de gör dem lösliga, och vi börjar just nu se potentialen för detta i biomedicinska tillämpningar, "sa han. Han tillade att bandformade grafenstrukturer gör det möjligt att använda mycket mindre mängder samtidigt som man bevarar en ledande väg som överbryggar de skadade ryggmärgen.

Tour sa att endast 1 procent av Texas-PEG består av nanoribbons, men det räcker för att bilda ett ledande ställning genom vilket ryggmärgen kan ansluta igen.

Texas-PEG lyckades återställa funktionen hos en gnagare med avskuren ryggmärg i ett förfarande som utfördes vid Konkuk University i Sydkorea av medförfattare Bae Hwan Lee och C-Yoon Kim. Tour sa att materialet på ett tillförlitligt sätt tillät motoriska och sensoriska neuronala signaler att korsa gapet 24 timmar efter fullständig transektion av ryggmärgen och nästan perfekt motorstyrning återhämtning efter två veckor.

"Detta är ett stort framsteg jämfört med tidigare arbete med PEG enbart, som inte gav någon återhämtning av sensoriska neuronala signaler under samma tidsperiod och endast 10 procent motorisk kontroll över fyra veckor, "Sa Tour.

Projektet började när Sikkema läste om den italienska neurokirurgen Sergio Canaveros arbete. Sikkema trodde att nanoribbons kan förbättra forskning som berodde på PEGs förmåga att främja fusion av cellmembran genom att lägga till elektrisk konduktivitet och riktningskontroll för neuroner när de spände över gapet mellan delar av ryggmärgen. Kontakt med läkaren ledde till ett samarbete med de sydkoreanska forskarna.

Tour sa att Texas-PEGs potential att hjälpa patienter med ryggmärgsskador är för lovande för att minimeras. "Vårt mål är att utveckla detta som ett sätt att hantera ryggmärgsskada. Vi tror att vi är på rätt väg, " han sa.

"Detta är en spännande neurofysiologisk analys efter fullständig brytning av ryggmärgen, "Tour sa." Det är inte en beteende- eller lokstudie av den efterföljande reparationen. Den tangentiella singulära lokanalysen här är en spännande markör, men det finns inte i en statistiskt signifikant uppsättning djur. De nästa faserna av studien kommer att lyfta fram lokomotiv- och beteendemässiga färdigheter med statistisk relevans för att bedöma om dessa egenskaper följer den gynnsamma neurofysiologi som vi registrerade här. "