Около полутора лет назад Нанометр писал о разработке группы ученых из Purdue University (США), направленной на восстановление функций спинного мозга после травмы. Приятно видеть новую публикацию той же научной группы, в которой тема репарации поврежденного спинного мозга получила дальнейшее развитие.
Напомним, что при повреждении спинного мозга нарушается целостность клеточной мембраны нейронов (и аксонов – отростков нейронов). Из-за этого клетки теряют способность проводить электрический импульс. Со временем поврежденный аксон отмирает, то есть развиваются необратимые нейродегенеративные процессы. Вот почему чем раньше после получения травмы начато лечение, тем больше шансов на полное восстановление функций спинного мозга.
Полиэтиленгликоль (ПЭГ) – вещество, способствующее слиянию клеточных мембран. Инъекция 30% раствора ПЭГ в воде в поврежденное место приостанавливает развитие вторичных повреждений. Однако восстановления локомоторных функций при этом практически не наблюдается. Видимо, поэтому ученые и решили, что полиэтиленгликолю необходима нанотехнологическая поддержка. В прошлый раз они использовали частицы оксида кремния, покрытые ПЭГ, и добились существенных успехов. Теперь же были исследованы 60-нм мицеллы – сополимеры ПЭГ и полимолочной кислоты (рис. 1).
В экспериментах ex vivo на изолированном белом веществе спинного мозга морских свинок 0,33 мМ раствор мицелл показал превосходные результаты по восстановлению биоэлектрического потенциала (рис. 2), сравнимые с действием 50%-го раствора ПЭГ-2000 (это около 250 мМ). При этом 0,33 мМ раствор ПЭГ не приводил вообще ни к какому эффекту. Чтобы убедиться, что действие мицелл основано именно на восстановлении целостности клеточных мембран, ученые рассмотрели распределение ионов кальция в веществе спинного мозга. Дело в том, что в неповрежденном белом веществе кальций локализован главным образом в пространстве между аксонами. Как видно из рисунка 3, в поврежденном спинном мозге кальций обнаруживается так же и внутри аксонов, тогда как в здоровом – только снаружи. После обработки поврежденного мозга мицеллами кальций обнаруживается преимущественно в межаксонном пространстве, что говорит о восстановлении мембран.
Наконец, эксперименты in vivo на крысах показали, что лечение мицеллами приводит к восстановлению локомоторной активности после компрессионного повреждения спинного мозга. В случае контроля (инъекция физиологического раствора) двигательная активность восстановилась примерно на треть, достигнув 7,1 балла по 21-балльной шкале. 30% ПЭГ показал в точности такой же результат, тогда как использование мицелл позволило восстановить двигательную активность до 12,5 баллов (рис. 4).
Удивительные мицеллы оказались нетоксичны для клеток, тканей и животных в целом. Наоборот! Выяснилось, что чрезмерные концентрации ПЭГ способны вызвать слияние соседних аксонов в здоровом спинном мозге, что совершенно некстати. Мицеллы действуют в гораздо более низких концентрациях и не приводят к видимым изменениям в спинном мозге (как, впрочем, и в печени, селезенке, почках, крови).
Работа «Effective repair of traumatically injured spinal cord by nanoscale block copolymer micelles» опубликована в Nature Nanotechnology.
Напомним, что при повреждении спинного мозга нарушается целостность клеточной мембраны нейронов (и аксонов – отростков нейронов). Из-за этого клетки теряют способность проводить электрический импульс. Со временем поврежденный аксон отмирает, то есть развиваются необратимые нейродегенеративные процессы. Вот почему чем раньше после получения травмы начато лечение, тем больше шансов на полное восстановление функций спинного мозга.
Полиэтиленгликоль (ПЭГ) – вещество, способствующее слиянию клеточных мембран. Инъекция 30% раствора ПЭГ в воде в поврежденное место приостанавливает развитие вторичных повреждений. Однако восстановления локомоторных функций при этом практически не наблюдается. Видимо, поэтому ученые и решили, что полиэтиленгликолю необходима нанотехнологическая поддержка. В прошлый раз они использовали частицы оксида кремния, покрытые ПЭГ, и добились существенных успехов. Теперь же были исследованы 60-нм мицеллы – сополимеры ПЭГ и полимолочной кислоты (рис. 1).
В экспериментах ex vivo на изолированном белом веществе спинного мозга морских свинок 0,33 мМ раствор мицелл показал превосходные результаты по восстановлению биоэлектрического потенциала (рис. 2), сравнимые с действием 50%-го раствора ПЭГ-2000 (это около 250 мМ). При этом 0,33 мМ раствор ПЭГ не приводил вообще ни к какому эффекту. Чтобы убедиться, что действие мицелл основано именно на восстановлении целостности клеточных мембран, ученые рассмотрели распределение ионов кальция в веществе спинного мозга. Дело в том, что в неповрежденном белом веществе кальций локализован главным образом в пространстве между аксонами. Как видно из рисунка 3, в поврежденном спинном мозге кальций обнаруживается так же и внутри аксонов, тогда как в здоровом – только снаружи. После обработки поврежденного мозга мицеллами кальций обнаруживается преимущественно в межаксонном пространстве, что говорит о восстановлении мембран.
Наконец, эксперименты in vivo на крысах показали, что лечение мицеллами приводит к восстановлению локомоторной активности после компрессионного повреждения спинного мозга. В случае контроля (инъекция физиологического раствора) двигательная активность восстановилась примерно на треть, достигнув 7,1 балла по 21-балльной шкале. 30% ПЭГ показал в точности такой же результат, тогда как использование мицелл позволило восстановить двигательную активность до 12,5 баллов (рис. 4).
Удивительные мицеллы оказались нетоксичны для клеток, тканей и животных в целом. Наоборот! Выяснилось, что чрезмерные концентрации ПЭГ способны вызвать слияние соседних аксонов в здоровом спинном мозге, что совершенно некстати. Мицеллы действуют в гораздо более низких концентрациях и не приводят к видимым изменениям в спинном мозге (как, впрочем, и в печени, селезенке, почках, крови).
Работа «Effective repair of traumatically injured spinal cord by nanoscale block copolymer micelles» опубликована в Nature Nanotechnology.
