Nowoczesne technologie coraz częściej są wsparciem dla medycyny. Wyniki najnowszych badań wykazały, że zdobywające coraz większą popularność drukarki 3D mogą być przydatne w leczeniu osób sparaliżowanych. Naukowcy z ośrodków University of California San Diego School of Medicine i Institute of Engineering in Medicine postanowili wykorzystać specjalnie zaprojektowane hydrożelowe implanty, aby zapewnić prawidłowy wzrost aksonów rdzenia kręgowego.
W przypadku przerwania rdzenia kręgowego jedną z wciąż badanych i przynoszących pewne nadzieje strategii jest terapia komórkami macierzystymi. Mają one za zadanie przywrócić utraconą zdolność do przesyłania impulsów, a tym samym – także kontrolę nad kończynami. Istotną trudnością jest jednak fakt, iż nowo powstające aksony mogą rosnąć w dowolnym kierunku, niekoniecznie tworząc równoległe wiązki wzdłuż już istniejących szlaków nerwowych.
“Zupełnie jak most, ukierunkowuje regenerujące się aksony od jednego końca urazu do drugiego – mówi dr Saochen Chen, współautor badania. – Aksony, pozostawione samym sobie, mogą rozpraszać się i rosnąć w dowolnym kierunku, ale rusztowanie utrzymuje je w odpowiedniej linii, nadając im kierunek właściwy, aby naprawić połączenie rdzenia kręgowego.”
Zespół badawczy opracował specjalny implant, który ma pełnić rolę rusztowania i ukierunkowywać wzrost nowych aksonów w taki sposób, aby umożliwiały prawidłową pracę rdzenia kręgowego. Obecnie prowadzone są badania z wykorzystaniem szczurów jako zwierzęcego modelu. Dlatego też implant jest przystosowany do ich anatomii – ma niespełna 2 mm długości i szerokości i jest usiany dziesiątkami kanałów o średnicy 0,2 mm. To właśnie ona mają ukierunkować wzrost wypustek nerwowych wzdłuż rdzenia kręgowego. Wydrukowanie jednego takiego rusztowania zajmuje zaledwie 1,6 sekundy dzięki zastosowaniu najnowszej technologii druku 3D.
Zastosowanie implantów u szczurów z przerwanym rdzeniem kręgowym, każdorazowo dostosowanych do rodzaju uszkodzenia, przyniosło oczekiwane efekty. Umieszczono na nich neuronowe komórki progenitorowe (NPC). Zaobserwowano, iż uszkodzone aksony regenerowały się i tworzyły synapsy z komórkami macierzystymi. Te z kolei wysyłały neuryty dalej, tworząc swoisty most między dwoma częściami uszkodzonego rdzenia kręgowego. Pozwala to na przywrócenie transmisji synaptycznej oraz prowadzi do znaczącej poprawy funkcjonowania zwierząt.
Choć obecnie nie są prowadzone testy z udziałem ludzi, naukowcy udowodnili, że są w stanie przygotować odpowiedni implant pasujący rozmiarem do ludzkiej anatomii, wzorując się na skanach MRI rzeczywistych urazów rdzenia kręgowego. Drukowanie takiego czterocentymetrowego hydrożelowego rusztowania trwa zaledwie 10 minut.
“To pokazuje elastyczność naszej technologii druku 3D – mówi dr Wei Zhu, współautor badania. – Możemy szybko wydrukować implant, który będzie pasował do uszkodzonego miejsca rdzenia kręgowego biorcy, bez względu na rozmiar czy kształt.”
“Oznacza to kolejny ważny krok w kierunku prowadzenia badań klinicznych, mających na celu naprawę urazów rdzenia kręgowego u ludzi – mówi Jacob Koffler, współtwórca implantu. – Rusztowanie zapewnia stabilną, fizyczną strukturę, która wspomaga wszczepianie i przeżywalność nerwowych komórek macierzystych. Wydaje się, że chroni przeszczepione komórki macierzyste przed często toksycznym, zapalnym środowiskiem w miejscu urazu rdzenia kręgowego i pomaga ukierunkowywać aksony w miejscu uszkodzenia.”
Zespół planuje także wykorzystanie większych organizmów modelowych, co ma stanowić przygotowanie do badań klinicznych. Istnieją także propozycje włączania do hydrożelowego szkieletu białek, które będą dodatkowo stymulować wzrost komórek macierzystych i poprawią ich przeżywalność.
