Mózg i rdzeń kręgowy mają ograniczone zdolności regeneracyjne. Po pierwotnym urazie wywołanym udarem mózgu lub uszkodzeniem mechanicznym, wypełniająca ubytki tkanka bliznowata powoduje wtórne uszkodzenia tkanek, z którymi trudno sobie poradzić. Oczywiście, historia medycyny zna przypadki “niemożliwych” urazów mózgu, po których pacjenci przeżywali, ale to raczej zasługa zjawiska neuroplastyczności, kiedy sprawna część mózgu przejmuje funkcje tej uszkodzone.
Czytaj też: Po raz pierwszy stworzono minimózgi z tkanki płodu. Historia dzieje się na naszych oczach
Mózg można jednak “naprawić” wykorzystując tzw. nerwowe komórki macierzyste (NSC), które mogą odnawiać się i różnicować w neurony lub komórki glejowe (w zależności od potrzeb). Muszą jednak one zostać dostarczone do tkanki docelowej w środowisku zapewniającym ich przeżycie i dalszy wzrost. Naukowcy z Ruhr-Universität Bochum i Technischen Universität Dortmund stworzyli naładowane podłoże hydrożelowe, które kieruje różnicowaniem NSC, pomagając w regeneracji uszkodzonej tkanki. Szczegóły opisano w czasopiśmie ACS Biomaterials Science & Engineering.
Dr Kristin Glotzbach z Ruhr-Universität Bochum mówi:
Naszym celem było stworzenie sztucznego środowiska dla komórek, naśladującego naturalne środowisko komórek w mózgu. Komórki mają ujemnie naładowaną powłokę, zwaną także macierzą pozakomórkową. Oznacza to, że szczególnie dobrze przylegają do dodatnio naładowanych podłoży.
Komórki prekursorowe układu nerwowego to klucz do regeneracji mózgu
Nerwowe komórki macierzyste są pierwotnymi komórkami cechującymi się nieograniczoną zdolnością do samopowielania, a następnie różnicowania i funkcjonowania w jedną z trzech linii komórkowych: neurony, oligodendrocyty i astrocyty. Neurony to podstawowe “cegiełki” mózgu i układu nerwowego, odpowiedzialne za odbieranie bodźców zmysłowych ze świata zewnętrznego, wysyłanie poleceń do mięśni oraz przekształcanie i przekazywanie sygnałów elektrycznych na każdym kroku. Astrocyty i oligodendrocyty to komórki pomocne, podtypy komórek glejowych, które zapewniają szkielet dla neuronów i chronią je.
Czytaj też: Ten guz mózgu oznacza najgorsze. Pewien chłopiec jako pierwszy w historii go pokonał
Warto zaznaczyć, że w warunkach in vivo, między NSC a ich zróżnicowanymi pochodnymi, istnieje ważny stan przejściowy, tzw. komórki neuroprogenitorowe. Cechuje je bardziej ograniczona zdolność do samopowielania, a ponadto chętniej różnicują się w jeden typ komórek niż inny. Dlatego neurobiolodzy sugerują używanie terminu komórek prekursorowych układu nerwowego, jako wspólne określenie zarówno NSC, jak i komórek neuroprogenitorowych.
Stosowanie hydrożeli jako podłoża dla komórek macierzystych nie jest niczym nowym, ale naukowcy dość niechętnie do tej pory używali tzw. hydrożeli kationowych (naładowanych dodatnio). Niemieccy uczeni sięgnęli po kationowy akrylan trimetyloaminoetylu (TMAEA), za pomocą którego stworzyli 6 żeli (G1-G6) o rosnącym stężeniu ładunku kationowego. G1 nie zawierał żadnego ładunku i był używany za punkt odniesienia (kontrola).
Wykorzystując komórki prekursorowe układu nerwowego pobrane z embrionalnych mózgów myszy, umieszczono 40 tys. z nich w każdym hydrożelu. Okazało się, że ładunek kationowy znacząco wpływał na różnicowanie komórek. G5 (drugi najbardziej naładowany hydrożel) miał znacznie więcej neuronów niż nienaładowany G1. Z kolei hydrożele G2 i G3 miały więcej astrocytów niż najmocniej naładowany G6. Najwięcej oligodendrocytów zauważono w G1, G3 i G4, a najmniej w G6. Co to właściwie oznacza? Każdy typ komórek wywodzących się z komórek prekursorowych układu nerwowego inaczej reagował na określone stężenia ładunku.
Jako ciekawostkę należy wspomnieć, że dodatnie do hydrożeli czynnika wzrostu fibroblastów 2 (FGF2), który reguluje wiele funkcji komórkowych w organizmie (m.in. proliferację) zwiększyło przeżywalność rozwijających się neuronów, astrocytów i oligodendrocytów.
Możliwość “sterowania” rozwojem komórek prekursorowych układu nerwowego daje fascynujące możliwości terapeutyczne.
Dr Kristin Glotzbach podsumowuje:
W zależności od urazu należy wymienić różne typy komórek. W przypadku niektórych chorób atakowane są również komórki glejowe, które następnie należy zastąpić. Na przykład w stwardnieniu rozsianym osłonka komórek nerwowych, którą tworzą oligodendrocyty, ulega zniszczeniu.
To dopiero początek długiej drogi do osiągnięcia ostatecznego celu neuronaukowców, jakim jest regeneracja uszkodzonych komórek nerwowych, a tym samym – przywracanie funkcji mózgu. Naukowcy mają nadzieję, że uda się im stworzyć hydrożel, który będzie można wykorzystać do wypełniania ubytków w tkance mózgowej po urazie.