Zabudnuté heslo?
Prihlásenie

Kmeňové bunky vytvoria nový typ biohybridného nervového implantátu

Kmeňové bunky vytvoria nový typ biohybridného nervového implantátu
Autor:
Roman Mališka
Zverejnené:
27. 3. 2023
Hodnotenie:
Už ste hlasovali.

Výskumníci z Cambridgeskej univerzity vyvinuli nový typ nervového implantátu, ktorý kombinuje ľudské kmeňové bunky s elektronikou a má potenciál pomôcť ľuďom po amputácii alebo tým, ktorí stratili schopnosť používať končatiny.

Vývoj v oblasti implantovateľných neurotechnológií a bunkovej terapie prináša potenciálne účinnú liečbu pre ľudí s poraneniami periférneho nervového systému, teda nervov, ktoré sa nachádzajú mimo mozgu a miechy. Obe metódy sa snažia obnoviť funkciu ochrnutých alebo amputovaných končatín buď obídením miesta poranenia a interakciou s existujúcimi nervovými bunkami, alebo nahradením poškodených buniek novými.

Má to však aj svoje nevýhody. Pokiaľ ide o náhradu poškodených buniek, transplantované neuróny môžu mať problém vytvoriť funkčné spojenia. A elektródy nemôžu účinne fungovať bez zdravých funkčných buniek, s ktorými by sa mohli spojiť, obyčajne v dôsledku zjazveného tkaniva, ktoré sa vytvorilo v mieste poranenia. Okrem toho súčasné neurotechnológie nemajú schopnosť prepojiť sa s rôznymi typmi neurónov zodpovednými za vykonávanie rôznych funkcií.

Potenciálna odpoveď na tieto problémy spočíva v biohybridnom zariadení, ktoré kombinuje ľudské kmeňové bunky s bioelektronikou na vytvorenie účinnejšieho nervového rozhrania. Práve to sa teraz podarilo výskumníkom z Cambridgeskej univerzity, ktorí vytvorili nové prelomové biohybridné zariadenie, ktoré sa dokáže integrovať s telesnými tkanivami.

Kľúčovou zložkou tohto zariadenia sú indukované pluripotentné kmeňové bunky, dospelé bunky, zvyčajne kožné alebo krvné, ktoré boli v laboratóriu preprogramované tak, aby sa stali podobnými embryonálnym kmeňovým bunkám, ktoré sa môžu vyvinúť na akýkoľvek iný typ bunky. Výskumníci použili indukované pluripotentné kmeňové bunky na vytvorenie myocytov, buniek, ktoré sú stavebnými kameňmi kostrových svalov. Je to prvýkrát, čo boli indukované pluripotentné kmeňové bunky takto použité v živom organizme.

Tieto bunky boli usporiadané do mriežky na mikroelektródových sústavách, ktoré sú také tenké, že sa dajú pripojiť na koniec nervu. Tým sa vytvorila vrstva myocytov, ktorá sa nachádzala medzi elektródami zariadenia a živým tkanivom. Vedci potom implantovali biohybridné zariadenie potkanom na testovanie. Stranu zariadenia pokrytú bunkami pripojili k odrezaným lakťovým a stredným nervom v predných nohách potkanov. Tieto nervy boli vybrané preto, lebo sa približujú poraneniam nervov horných končatín u ľudí a s tým súvisiacej strate jemných motorických a senzorických funkcií.

V porovnaní s kontrolnou skupinou vedci zistili, že zariadenie sa integrovalo s telom potkana a zabránilo tvorbe jazvy. Okrem toho bunky odvodené z indukovaných pluripotentných kmeňových buniek prežili štyri týždne po implantácii, čo je prvý prípad, keď bunky prežili dlhší experiment tohto druhu.

Ilustračný obrázok. Zdroj: Pexels

„Tieto bunky nám poskytujú obrovskú mieru kontroly,“ povedal Dr. Damiano Barone, spoluautor štúdie. „Môžeme im povedať, ako sa majú správať, a kontrolovať ich počas celého experimentu. Tým, že sme bunky umiestnili medzi elektroniku a živé telo, telo nevidí elektródy, ale len bunky, takže sa nevytvárajú jazvy“.

Po štyroch týždňoch výskumníci otestovali implantované nervy a zistili, že sa správajú ako normálne nervy, čo svedčí o zdravej nervovej fyziológii. Potkanom sa síce nevrátil pohyb do ochrnutej končatiny, ale zariadenie dokázalo detegovať signály vysielané mozgom, ktoré riadia pohyb.

Nové zariadenie by tak mohlo pomôcť ľuďom po amputácii, u ktorých je problémom snaha o regeneráciu neurónov a obnovu poškodenia nervových obvodov spôsobeného zranením alebo amputáciou.

„Ak má niekto napríklad amputovanú ruku alebo nohu, všetky signály v nervovom systéme sú stále prítomné, aj keď fyzická končatina je preč,“ povedal Barone. „Výzvou pri integrácii umelých končatín alebo pri obnove funkcie rúk alebo nôh je extrahovať informácie z nervu a dostať ich do končatiny tak, aby sa obnovila funkcia“.

Výskumníci tvrdia, že ich zariadenie by mohlo tento problém prekonať priamou interakciou s neurónmi, ktoré riadia motorické funkcie.

„Toto rozhranie by mohlo spôsobiť revolúciu v spôsobe, akým komunikujeme s technológiou,“ povedala spoluautorka Amy Rochfordová. „Spojením živých ľudských buniek s bioelektronickými materiálmi sme vytvorili systém, ktorý dokáže komunikovať s mozgom prirodzenejším a intuitívnejším spôsobom“.

Zariadenie má výhody oproti štandardným neurónovým implantátom bez kmeňových buniek. Jeho malé rozmery znamenajú, že sa dá implantovať pomocou menej invazívnej operácie, a vďaka použitiu laboratórne vyrobených kmeňových buniek je vysoko škálovateľné.

Biohybridné zariadenie si pred použitím na ľuďoch bude vyžadovať ďalší výskum a rozsiahle testovanie, predstavuje však sľubný vývoj v oblasti nervových implantátov. Výskumníci pracujú na optimalizácii zariadenia a zlepšení jeho škálovateľnosti.

Štúdia bola nedávno uverejnená v magazíne Science Advances.