Forskning utförd av två grupper vid Center for Cooperative Research in Biomaterials CIC biomaGUNE och en vid SISSA, Scuola Internazionale Superiore di Studi Avanzati (Italien), har visat att funktionella material baserade på kolnanorör underlättar återkopplingen av neuronala nätverk som skadats till följd av ryggmärgsskador. Studien, publicerad av den vetenskapliga tidskriften PNAS ( Proceedings of the National Academy of Sciences ), utgör ett stort steg framåt i forskning inriktad mot återhämtning från skador av denna typ.

Forskargrupperna ledda av Ikerbaskisk professor och Axa Chair vid CIC biomaGUNE Maurizio Prato, som är en världsomspännande referens inom kolbaserade nanomaterial, och den som leds av professor Laura Ballerini vid SISSA i Trieste (Italien) har erfarenhet av att använda nanoteknik och nanomaterial för att reparera neurala skador. Samarbete mellan grupperna har visat att biomaterial baserade på kolnanorör underlättar kommunikationen mellan neuroner, neuronal tillväxt och upprättande av förbindelser med hjälp av material av denna typ.

"De elektriska och mekaniska egenskaperna hos detta material möjliggör många applikationer som är otänkbara för andra material. I synnerhet, interaktionen av exciterande celler, såsom nerv- och hjärtceller, göra kolnanorör av stor relevans. Kommunikationen mellan celler ökar när den samverkar med kolnanorör, och det är också möjligt att konstruera mekaniskt stabila ställningar som upprätthåller nervtillväxt, säger professor Prato.

"Grupperna Prato och Ballerini hade tidigare visat bildandet av neuronala kopplingar i in vitro-system i cellkulturer. vad som fortfarande återstod var språnget till en in vivo djurmodell av ryggmärgsskada, möjligheten att se om kommunikationen mellan enskilda neuroner faktiskt också ägde rum på nivån av kompletta neuronala fibrer i en in vivo-modell, och om funktionella resultat uppnåddes, " förklarade Pedro Ramos, Ikerbaskisk professor vid CIC biomaGUNE, ledare för Magnetic Resonance Imaging Unit och den tredje nyckelaktören i forskningen.

I detta senaste genombrott lyckades forskarna "visa att i en uppsättning djur med partiell skärning av ryggmärgen, återanslutningen av fibrer är faktiskt gradvis etablerad med hjälp av det införda implantatet, en sorts svamp av kolnanorör som består av sammanvävda fibrer. Nerverna återansluter i området där de hade skadats och, vad är mer, djuren återfick funktionalitet, framför allt i bakbenen, den mest påverkade av lesionen. Det visades också att materialet är biokompatibelt, med andra ord, ingen immunreaktion upptäcktes, sa Pedro Ramos.

Enligt hans uppfattning, detta betydande genombrott utgör "ett hopp framåt när det gäller att främja återhämtning från ryggmärgsskador av denna typ, av synnerven, eller till och med från någon form av traumatisk skada där neuronal anslutning har förlorats och rörligheten i en lem påverkas." Han tillägger att det kommer att dröja innan deras forskning finner klinisk tillämpning.

Ett mål vid horisonten

Som Ramos förklarade, forskningen utfördes "under mycket kontrollerade förhållanden, precis som vilken labbstudie som helst, " och det är nödvändigt att göra framsteg:"Det finns många aspekter där arbetet måste fullföljas när det gäller materialet, de förhållanden under vilka materialet implanteras, de förhållanden under vilka materialet måste fungera, etc."

Till exempel, det är avgörande att noggrant utforska materialets mikrostrukturella och mekaniska egenskaper, eller egenskaperna som underlättar neuronal anslutning, förhindrar därmed möjliga biverkningar eller till och med avvisande av själva materialet (styvhet, elasticitet, svampighet, kompakthet, storleken på porerna som finns kvar mellan fibrerna, etc.). Det är också viktigt att främja produktionsmetoderna så att de är så stabila och reproducerbara som möjligt, och så att komponenter, tillväxtfaktorer eller andra ämnen som underlättar neuronal kommunikation, kan infogas i dess struktur.

Vidare, det är nödvändigt att studera de förhållanden som skulle möjliggöra klinisk implantering av materialen:"Det är viktigt att se hur och när de ska implanteras. I studien, vi satte in implantatet under en akut lesionsfas, så vi behövde inte kämpa med existensen av ett glialärr, etc." Dessutom, "man skulle behöva se om dessa resultat bekräftas i andra djurmodeller med mindre neuronal plasticitet."

En av huvudaspekterna av denna återkopplingsprocess är "att ta reda på om samma anslutningar som existerade innan lesionen återställs eller om neuronal plasticitet äger rum, med andra ord, om nya kopplingar som inte fanns tidigare etableras och nervsystemet söker ett annat sätt att återansluta för att anpassa sig till den nya situationen." I detta avseende, när det gäller bildbehandling, "vi gör framsteg i utvecklingen av funktionella avbildningstekniker som gör det möjligt för oss att se sambanden mellan hjärnan och det perifera nervsystemet ur en funktionell synvinkel, " han sa.

CIC biomaGUNE-forskaren påpekar att "vi är långt ifrån att kunna överföra detta till människor. Det visar alla egenskaper av att vara överförbart, det har visat sig fungera, att vara effektiva och inte leda till några biverkningar i djurmodeller. Det återstår arbete för att nå målet, men vi är på väg åt rätt håll."