Стволовые клетки помогают восстановить мимику после травмы лицевого нерва
Для лечения травм лицевого нерва обычно используется нервная ткань, взятая из других частей тела пациента, так называемая аутотрансплантация. Этот метод сопряжен с проблемами для пациентов, такими как повреждение донорского участка, но и шансы на функциональное восстановление практически фифти-фифти.
Биоинженеры из Питтсбургского университета разработали новое решение с помощью стволовых клеток. Ученые использовали способность этих клеток создавать восстанавливающую среду и создали имплантируемые каналы, которые действуют как мосты, обеспечивая направленную механическую и биохимическую проводку для регенерации поврежденных нервов через большие разрывы.
Эксперименты на лицевых нервах крыс показали, что технология не уступает аутотрансплантатам. Результаты опубликованы в журнале Journal of Neural Engineering.
Мосты для нервов
«Мы опирались на идею, что клетки знают, что они делают, и знают, как создавать ткани», — говорит профессор стоматологии и черепно-лицевой хирургии и биоинженерии Фатима Сайед-Пикард, старший автор исследования. — «В итоге эти полученные нами ткани оказались более точными, чем многие другие синтетически полученные каналы, используемые в тканевой инженерии».
Для восстановления нервов длинные отростки нейронов, называемые аксонами, должны отрасти и соединиться с соответствующей тканью. При использовании аутотрансплантатов первое происходит медленно, а второе — не гарантировано.
В новой работе ученые для того, чтобы направить растущую ткань так, чтобы аксоны достигли нужных целей, разработали синтетические тканевые «подмостки с канавками», которые служат направляющими для регенерирующих нейронов.
Многие типы клеток в организме часто создают или перестраивают окружающий их биомолекулярный каркас, известный как внеклеточный матрикс (ECM). Поэтому, вместо того чтобы самим создавать тканевые каркасы с нуля, исследователи решили, что лучше позволить клеткам создавать свои собственные.
Авторы исследования проверили эту гипотезу на стволовых клетках пульпы зуба (DPSCs) — выносливой и легкодоступной популяции клеток, вырабатывающих белки, которые способствуют росту нервов. Извлекая эти клетки из взрослых зубов мудрости, исследователи приступили к работе.
Они хотели предоставить клеткам DPSC свободу в создании межклеточного матрикса, но в то же время подтолкнуть их к созданию среды, способствующей росту аксонов. Для этого исследователи изготовили резиновые формы с рядами канавок шириной 10 микрометров, а затем покрыли их клетками DPSC. Через несколько дней DPSC выделили вокруг себя выровненный матрикс и образовали тонкие биологические листы. Ученые отделили листы от резиновых шаблонов и свернули их в цилиндрические каналы.
В предыдущем исследовании ученые использовали этот подход для создания своего рода «повязки», которая успешно помогла регенерации аксона поврежденного нерва. В новой работе они попытались преодолеть более сложное препятствие — построить трубочку для устранения 5-миллиметрового разрыва в лицевом нерве крысы — дефекта настолько серьезного, что нерв уже не может восстановиться сам..
Ученые имплантировали свои трубочки в разрывы, образовавшиеся в буккальной ветви лицевого нерва. Для сравнения команда также имплантировала аутотрансплантаты другой группе крыс.
«Буккальная ветвь — это часть лицевого нерва, которая помогает улыбаться. Это важная часть нашей жизни, потому что от нее во многом зависит, как вы общаетесь с другими людьми и как вас воспринимают в мире. Повреждение этого нерва может изменить всю вашу жизнь», — говорит первый автор работы Мишель Дрюри.
Переход через мост
Через 12 недель после имплантации ученые оценили, насколько хорошо регенерировали аксоны. Они обнаружили, что созданные из клеток проводящие трубочки содержали регенерировавшие аксоны по всей своей длине. И плотность и количество аксонов были схожи с теми, которые ученые обнаружили в аутотрансплантатах.
В трубочках преобладали индикаторы развивающихся аксонов, что говорит о том, что регенерация могла стать еще более прочной с течением времени, отмечает Дрюри.
Но привели ли все эти регенерированные ткани к улучшению функций животного? Чтобы выяснить это, авторы электрически стимулировали нервы с одной стороны и измеряли движения усов животных с другой стороны. Тесты показали, что движения усов у крыс, которым имплантировали трубочки, были на одном уровне с движениями у крыс, которым пересаживали аутотрансплантаты.
Следующим шагом в работе ученых должна стать регенерация лицевого нерва человека. Ученые надеются, что они вернут способность улыбаться многим людям.