Jump to content
Forum Kopalni Wiedzy
Sign in to follow this  
KopalniaWiedzy.pl

Biodegradowalny implant wspomaga regenerację nerwów

Recommended Posts

Inżynierowie materiałowi z Northwestern University i neurochirurdzy z Washington University stworzyli pierwsze biodegradowalne bezprzewodowe urządzenie, które przyspiesza regenerację nerwów. Implant dostarcza regularnych impulsów elektrycznych do nerwów obwodowych u szczurów. Zwierzęta wcześniej poddano operacji naprawiającej nerwy, podczas której wszczepiono im też implant.

Jego zadaniem jest przyspieszenie odbudowy nerwów i poprawienie wyników leczenia, dzięki czemu mięśnie zwierząt są później silniejsze i lepiej kontrolowane. Implant, rozmiarów małej monety i grubości kartki paieru, pracuje przez około dwa tygodnie. Później jest wchłaniany przez organizm.

Naukowcy uważają, że w przyszłości tego typu urządzenia będą uzupełniały lub zastąpią terapie z wykorzystaniem leków. Tego typu technologia, nazywana „medycyną bioelektryczną”, zapewnia precyzyjne leczenie dokładnie w miejscu, w którym jest ono potrzebne. Zmniejsza więc ryzyko i skutki uboczne związane ze stosowaniem tradycyjnych stałych implantów.

Te systemy zapewniają aktywne funkcje terapeutyczne w ściśle zaprogramowany precyzyjny sposób, a później bez śladu rozpuszczają się w organizmie. To pozwala nam myśleć o leczeniu wykraczającym poza leki i chemię, mówi pionier takich technologii i współautor najnowszych badań profesor John A. Rogers.

Dotychczas biodegradowalny implant nie był testowany na ludziach, jednak wyniki badań na zwierzętach dają nadzieję, że sprawdzi się on i na Homo sapiens. Nowa technika może być niezwykle pomocna. Obecnie podczas operacji neurochirurgicznych stymuluje się nerwy prądem, gdyż wiadomo, że przyspiesza to regenerację. Jednak gdy operacja się kończy, kończy się też możliwość stymulacji. Wiemy, że stymulacja elektryczna w czasie zabiegu pomaga. Jednak po zabiegu nie mamy obecnie możliwości by ją nadal prowadzić. Dzięki temu urządzeniu wykazaliśmy, że stymulacja elektryczna przeprowadzona wedle wcześniejszego planu dodatkowo poprawia regenerację nerwów, mówi profesor neurochirurgii i ortopedii Wilson Ray.

Prace nad urządzeniem trwały przez 8 lat. Rogers i jego zespół stworzyli w tym czasie odpowiednie materiały, zaprojektowali urządzenie i opracowali techniki jego produkcji. Gdy Ray i jego koledzy z Washington University rozpoczęli prace nad ciągłym stymulowaniem uszkodzonych nerwów, mieli do dyspozycji projekt Rogersa. Obie grupy wspólnie wyprodukowały odpowiednie urządzenie i rozpoczęły testy.

Implant jest zasilany i kontrolowany przez nadajnik znajdujący się poza organizmem. Działa on podobnie jak mata do bezprzewodowego ładowania smartfonu. W ramach testów prowadzonych na szczurach z uszkodzonymi nerwami kulszowymi zwierzęta poddawano elektrostymulacji godzinę dziennie przez 1, 3 lub 6 dni. Grupa kontrolna nie była stymulowana. Następnie naukowcy przez kolejne 10 tygodni śledzili postępy w regeneracji nerwów.

Okazało się, że w każdym przypadku elektrostymulacja dawała lepsze wyniki niż jej brak. Dzięki niej szczury odzyskiwały masę i siłę mięśniową. Im więcej elektrostymulacji, tym szybsza była regeneracja nerwów. Nie zauważono żadnych skutków ubocznych ani od elektrostymulacji, ani od wchłonięcia implantu przez organizm.

Zanim nie rozpoczęliśmy badań nie byliśmy pewni, czy więcej elektrostymulacji da lepsze wyniki. Teraz wiemy,że im więcej tym lepiej. Pracujemy więc nad określeniem idealnego przedziału czasowego, w którym należy stymulować nerwy. Czy jeśli zamiast 6 dni stymulowalibyśmy je przez 12 to osiągnęlibyśmy lepsze wyniki? Może. Właśnie nad tym teraz pracujemy, mówi Ray.

Uczeni informują, że możliwe jest też kontrolowanie czasu, w jakim implant zostanie wchłonięty przez organizm. Jest to bowiem uzależnione od wykorzystanych materiałów i grubości urządzenia. Nowe wersje implantu mogą pozostawać w organizmie przez wiele tygodni. Zbudowaliśmy znikające urządzenie. Moja grupa przez niemal 10 lat myślała o stworzeniu biodegradowalnego urządzenia elektrycznego. To było olbrzymie wyzwanie na polu inżynierii materiałowej. Jesteśmy niezwykle podekscytowani, gdyż teraz mamy to, nad czym pracowaliśmy – odpowiednie materiały, urządzenia, proces produkcyjny i całą inżynieryjną koncepcję, cieszy się Rogers.

Badania wykazały też, że implant znajdzie szersze zastosowanie niż jedynie dostawca impulsów elektrycznych wspomagających regenerację obwodowego układu nerwowego. Okazało się bowiem, że może pracować też jako tymczasowy rozrusznik serca oraz interfejs dla rdzenia kręgowego.


« powrót do artykułu

Share this post


Link to post
Share on other sites

Create an account or sign in to comment

You need to be a member in order to leave a comment

Create an account

Sign up for a new account in our community. It's easy!

Register a new account

Sign in

Already have an account? Sign in here.

Sign In Now
Sign in to follow this  

  • Similar Content

    • By KopalniaWiedzy.pl
      Chrząstka w ludzkich stawach może regenerować się w procesie podobnym do tego, w jakim salamandrom odrastają utracone kończyny, donoszą naukowcy z Duke University. W ostatnim numerze Science Advances opisali oni mechanizm odtwarzania się tkanki chrzęstnej. Wydaje się, że lepiej działa on w stawie skokowym, a gorzej w stawie biodrowym. Zrozumienie mechanizmu regeneracji może doprowadzić do opracowania metod leczenia choroby zwyrodnieniowej stawów, najbardziej rozpowszechnionej na świecie choroby atakującej stawy u człowieka.
      W nowo utworzonych proteinach w tkankach występuje mało lub wcale konwersji aminokwasów. W starych białkach jest ich bardzo wiele. Profesor Virginia Byers Kraus i jej zespół wykorzystali spektrometrię mas do zbadania wieku kluczowych protein, w tym kolagenu, w ludzkiej tkance chrzęstnej. Okazało się, że wiek tkanki zależał w dużym stopniu od tego, gdzie się ona znajdowała. Chrząstka w stawie skokowym była młoda, w stawie kolanowym była w średnim wieku, a w stawie biodrowym była stara. Ten wiek i lokalizacja ludzkiej tkanki chrzęstnej wykazuje korelację ze sposobem regeneracji kończyn u niektórych zwierząt, którym łatwiej regenerują się ostatnie segmenty kończyn czy ogonów.
      Odkrycie to wyjaśnia również, dlaczego zranione kolano, a szczególnie biodro, regeneruje się dłużej i częściej uraz prowadzi do zapalenia stawów niż w przypadku kostki.
      Cały proces regeneracji jest regulowany przez mikroRNA, które jest bardziej aktywne u zwierząt zdolnych do regeneracji kończyn. Okazało się, że u ludzi mikroRNA jest bardziej aktywne w kostkach, niż w kolanach czy biodrach i bardziej aktywne w wyższych warstwach tkanki chrzęstnej niż w tych położonych głębiej.
      To niesamowite, że mechanizmy regulujące regeneracje kończyn u salamander wydają się być również odpowiedzialne za naprawę tkanki chrzęstnej u ludzi, mówi doktor Ming-Feng Hsueh.
      Sądzimy, że możliwe jest pobudzenie tych mechanizmów regulujących tak, by doprowadziły do pełnej regeneracji chrząstki w stawie. Jeśli uda nam się dowiedzieć, które z mechanizmów regulujących wykorzystuje salamandra, a nie mamy ich my, to być może będziemy nawet w stanie w przyszłości pozyskać te mechanizmy i doprowadzić do częściowej lub całkowitej regeneracji ludzkiej kończyny. Sądzimy bowiem, że jest to mechanizm, który można zastosować do naprawy wielu różnych tkanek, nie tylko tkanki chrzęstnej, stwierdza Kraus.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Badania na niewielkiej grupie ochotników po raz pierwszy przyniosły wyniki, które można uznać za odwrócenie działania zegara epigenetycznego. W ramach badań prowadzonych przez uczonych z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Los Angeles (UCLA) dziewięciu zdrowych ochotników przez rok przyjmowało koktajl złożony z trzech ogólnie dostępnych leków – hormonu wzrostu i dwóch leków przeciwcukrzycowych. Późniejsza analiza genomu wykazała, że średni wiek biologiczny uczestników badani zmniejszyl się o 2,5 roku. Oznaki odmłodzenia zauważono również w układzie odpornościowym badanych.
      Uzyskane wyniki zaskoczyły nawet samych badaczy. Spodziewałem się spowolnienia zegara biologicznego, ale nie odwrócenia jego działania. To coś przyszłościowego, mówi genetyk Steve Horvath, który prowadził analizę epigenetyczną. Autorzy badań ostrzegają jednak przed zbytnim entuzjazmem, gdyż były one prowadzone na małej próbie i nie było grupy kontrolnej. Być może uzyskano pozytywne wyniki. Jednak nie można ich uznać za bardzo solidne, gdyż grupa była mała i nie były to dobrze kontrolowane badania, zauważa biolog Wolfgang Wagner z Uniwersytetu w Aachen.
      Zegar epigenetyczny korzysta z epigenomu, czyli pełnego zestawu modyfikacji chemicznych DNA oraz białek histonów. Wzorce tych modyfikacji zmieniają się w czasie życia i podążają za wiekiem biologicznym danej osoby, który może być mniejszy lub większy niż jej wiek mierzony samym upływem czasu. Naukowcy odtwarzają zegar epigenetyczny wybierając z genomu miejsca metylacji DNA. W ciągu ostatnich lat Horvath, który jest pionierem badań zegara epigenetycznego, stworzył jedne z najbardziej precyzyjnych technik korzystania z tego zegara.
      Opisywane badania zorganizowano głównie po to, by sprawdzić, czy hormon wzrostu może być bezpiecznie stosowany w celu odtworzenia tkanki grasicy. Jest ona kluczowym narządem dla wydajnego działania układu odpornościowego. Wytwarzane w szpiku leukocyty dojrzewają wewnątrz grasicy, gdzie przekształcają się w wyspecjalizowane leukocyty T, zwalczające infekcje czy nowotwory. Jednak po okresie dojrzewania grasica zaczyna się kurczyć i jest coraz bardziej zapychana przez tłuszcz.
      Wcześniejsze badania na zwierzętach i ludziach sugerowały, że hormon wzrostu może stymulować regenerację grasicy. Problem jednak w tym, że hormon ten stymuluje również rozwój cukczycy. Dlatego też obok hormonu ochotnikom podawno dehydroepiandrosteron (DHEA) oraz metforminę.
      W badaniach Thymus Regeneration, Immunorestoration and Insulin Mitigation (TRIIM) prowadzonych przez immunologa Gergory'ego Fahy'ego wzięło udział 9 ochotników. Wszyscy to biali mężczyźni w wieku 51–65 lat.
      Fahy zainteresował się grasicą w latach 80., gdy dowiedział się o wynikach badań, w ramach których naukowcy wszczepili szczurom komórki wydzielające hormon wzrostu, a uzyskane wyniki sugerowały, że układ odpornościowy zwierząt uległ odmłodzeniu. Naukowca zdziwiło, że nikt nie podążył tym śladem i nie przeprowadził badań na ludziach. Zaczął więc badać grasicę. Mniej więcej 10 lat później, gdy miał 46 lat przez miesiąc aplikował sobie hormon wzrostu oraz DHEA i odkrył, że jego grasica nieco się zregenerowała.
      Podczas badań TRIIM uczeni sprawdzali u uczestników liczbę białych ciałek krwi. Stwierdzili, że uległa ona zwiększeniu do liczby typowej dla młodszej osoby. Ponadto na początku i na końcu badań wykonali obrazowanie grasicy za pomocą rezonansu magnetycznego. Zauważyli, że u 7 z 9 badanych zgromadzony w grasicy tłuszcz został zastąpiony przez zregenerowaną tkankę grasicy.
      Fahy wpadł wówczas na pomysł sprawdzenia zegara epigenetycznego badanych i poprosił o pomoc Horvatha. Ten zastosował cztery różne metody oceny wieku biologicznego każdego z pacjentów i za każdym razem odkrył jego znaczące obniżenie. To oznacza duży wpływ biologiczny zastosowanej terapii, mówi Horvath. Co więcej, efekt odmłodzenia nadal utrzymywał się u sześciu osób, które pół roku po zakończeniu testu oddały krew do ponownego przebadania. "Jako, że zmiany te zauważyliśmy u każdego z badanych i są one bardzo wyraźne, jestem optymistycznie nastawiony do uzyskanych wyników", mówi Horvath.
      Naukowcy planują teraz przeprowadzenie szerzej zakrojonych badań, do których chcą zaangażować osoby w różnym wieku, z różnych grup etnicznych oraz obu płci. Jak zauważa Horvath, metody regeneracji grasicy mogą być niezwykle użyteczne dla osób o upośledzonym układzie odpornościowym, w tym dla osób starszych. Infekcje są bowiem jedną z najważniejszych przyczyn zgonów osób po 70. roku życia. Z uzyskanych wyników cieszy się też Sam Palmer, specjalista od immunologii onkologicznej. Zauważa on, że poprawienie funkcjonowania układu odpornościowego będzie miało istotny wpływ na leczenie nie tylko infekcji, ale również nowotworów oraz chorób związanych ze starzeniem się.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Komórki macierzyste łożyska, zwane Cdx2, regenerują komórki serca po zawale, donoszą naukowcy z Icahn School of Medicine. Ich odkrycie może przyczynić się do powstania nowych standardów leczenia chorób kardiologicznych.
      Dotychczas sądzono, że komórki Cdx2 regenerują jedynie łożysko podczas wczesnego rozwoju embrionalnego. Nigdy nie wykazano ich zdolności do regenerowania innych organów, dlatego to takie ekscytujące. Odkrycie to może przyczynić się do powstania terapii regeneracji innych organów niż serce. One są superbohaterami świata komórek macierzystych w tym sensie, że potrafią namierzyć miejsce uszkodzenia i dotrzeć bezpośrednio do niego podróżując wzdłuż układu krążenia oraz potrafią uniknąć odrzucenia przez układ odpornościowy gospodarza, mówi główna autorka badań, doktor Hina Chaudhry.
      Już wcześniej specjaliści z Mount Sinai zauważyli, że różnorodna populacja komórek macierzystych z mysiego łożyska pomaga w naprawie uszkodzonego serca ciężarnej myszy. Podczas najnowszych badań wykazali, że komórki macierzyste z łożyska wędrują bezpośrednio do miejsca uszkodzenia i tam zmieniają się w komórki serca. Celem naukowców było zbadanie, które konkretnie komórki biorą udział w regeneracji serca. Na początku przyjrzeli się komórkom Cdx2, gdyż były one najczęściej występującymi komórkami podczas wcześniejszych badań. Odkryli, że to właśnie Cdx2 stanowią aż 40% wszystkich komórek biorących udział w regeneracji mięśnia sercowego.
      Aby przetestować właściwości Cdx2 naukowcy wywołali atak serca u trzech grup samców myszy. Jednej z nich wstrzyknięto komórki Cdx2 pobrane z łożyska pod koniec ciąży, drugiej wstrzyknięto komórki łożyska, które nie były komórkami Cdx2, a trzeciej podano sól fizjologiczną. Myszy zbadano za pomocą rezonansu magnetycznego natychmiast po ataku serca oraz trzy miesiące po podaniu komórek lub soli fizjologicznej.
      Okazało się, że u wszystkich myszy, którym podano komórki Cdx2 doszło do znaczącej regeneracji mięśnia sercowego. W ciągu trzech miesięcy komórki Cdx2 zdołały migrować bezpośrednio do miejsca uszkodzenia, gdzie utworzyły nowe naczynia krwionośne i kardiomiocyty. U pozostałych dwóch grup myszy nie zauważono żadnych oznak regeneracji.
      Naukowcy zauważyli jeszcze dwie bardzo istotne właściwości Cdx2. Zawierały one wszystkie proteiny embrionalnych komórek macierzystych, co oznacza, że prawdopodobnie mogą regenerować dowolny organ. Ponadto zawierały dodatkowe proteiny, dzięki którym mogły wędrować bezpośrednio do miejsca uszkodzenia, czego zwykłe komórki nie potrafią, ponadto były w stanie unikać układu immunologicznego gospodarza. Po ich wstrzyknięciu nie dochodziło do odrzucenia komórek.
      To kluczowe właściwości dla rozwoju terapii wykorzystujących ludzkie komórki macierzyste. Byliśmy w stanie wyizolować komórki Cdx2 również z ludzkich łożysk. Mamy nawieję, że dzięki temu opracujemy lepsze niż dotychczas metody leczenia mięśnia sercowego. Do tej pory testowano na ludziach terapie z użyciem komórek, o których z góry nie było wiadomo, czy utworzą komórki serca oraz używano komórek embrionów, co rodziło problemy etyczne oraz problemy z ich dostępnością. Tymczasem na całym świecie łożyska się po prostu wyrzuca, co oznacza, że mamy do czynienia z ich niemal niewyczerpanym źródłem, mówi Chaudhry.
      Uzyskane wyniki bardzo nas zaskoczyły. Dotychczas żadne inne komórki nie zmieniały się w warunkach laboratoryjnych w kardiomiocyty. Te nie tylko to robiły, ale dokładnie wiedziały, gdzie doszło do uszkodzenia i tam podążały z krwioobiegiem, dodaje doktor Sangeetha Vadakke-Madathil.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Regeneracja amputowanych części ciała jest rzadka, jednak występuje w świecie zwierząt. U salamander, pająków czy rozgwiazd mogą odrastać kończyny, czułki i inne zewnętrzne części ciała, a u wstężnic dochodzi do regeneracji całego osobnika z niewielkiego fragmentu ciała. Dotychczas sądzono, że zdolność do regeneracji wyewoluowała bardzo dawno. Jednak naukowcy poinformowali właśnie o odkryciu czterech gatunków wstężnic, które niezależnie od siebie wyewoluowały niedawno zdolność do regeneracji głowy wraz z mózgiem.
      To oznacza, że gdy porównujemy grupy zwierząt, nie możemy zakładać, że podobne zdolności regeneracyjne są stare i oznaczają, że zwierzęta te mają wspólnych przodków. Musimy być bardziej ostrożni podczas porównywania zdolności regeneracyjnych różnych grup zwierząt, mówi profesor Alexandra Bely z University of Maryland.
      Każde zwierzę, nawet człowiek, ma pewne zdolności regeneracyjne. Jednak te grupy, który zróżnicowały się na bardzo wczesnych etapach ewolucji, jak gąbki czy stułbiopławy odznaczają się znacznie większymi zdolnościami do regeneracji. Gdy zwierzęta stawały się coraz bardziej złożone, zdolności regeneracyjne były coraz rzadsze i coraz bardziej ograniczone.
      Do niedawna naukowcy badali ewolucję zdolności regeneracyjnych opierając sie na badaniach zwierząt, które zdolności te utraciły. Działo się tak, gdyż zdolności te pojawiły się tak dawno, ze trudno było śledzić początki tych zdolności.
      W ramach najnowszych badań naukowcy zebrali wstężnice u wybrzeży USA, Argentyny, Hiszpanii i Nowej Zelandii. Przeprowadzali na nich eksperymenty, krojąc zwierzęta i obserwując, jak się regenerują.
      Wszystkie zebrane gatunki były w stanie regenerować się całkowicie od przednich części ciała. Jednak tylko osiem było w stanie przeprowadzić regenerację od tylnych części, regenerując głowę wraz z mózgiem. Cztery z tych gatunków było wcześniej znanych, cztery to gatunki nieznane.
      Największym zaskoczeniem był fakt, że wiele gatunków nie było w stanie zregenerować głowy. Już z badań prowadzonych w latach 30. ubiegłego wieku wiemy, że Lineus sanguineus jest w stanie zregenerować całe ciało wraz z głową z zaledwie 1/200000 części dorosłego osobnika. Przypadek ten sprawił, że cały typ tych stworzeń uznano za mistrzów regeneracji. Naturalnym było przypuszczenie, że zdolność ta jest bardzo stara i pochodzi od wspólnego przodka. Jednak najnowsze badania pokazały, że posiada ją jedynie 8 z 35 zbadanych gatunków. Naukowcy przeanalizowali więc ewolucję zdolności regeneracyjnych i stwierdzili, że pojawiły się one niedawno.
      Pierwsze zdolności regeneracyjne pochodzą sprzed kambru, zatem sprzed ponad 500 milionów lat, jednak u zbadanych gatunków, które są w stanie regenerować głowę, niektóre z tych cech pojawiły się zaledwie 10–15 milionów lat temu.
      Naukowcy zauważyli, że niektóre z gatunków, które nie potrafiły regenerować głowy, były w stanie przeżyć bez niej wiele miesięcy. Ta zdolność może być prekursorem umiejętności regeneracji głowy, gdyż umiejętność tak długiego przeżycia daje wystarczająco dużo czasu, by amputowana część ciała mogła odrosnąć.
      Najnowsze badania pozwolą lepiej zrozumieć ewolucję procesu regeneracji, a to z kolei może przydać się w medycynie regeneracyjnej.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Rdzeń kręgowy jest w stanie przetwarzać i kontrolować bardziej złożone funkcje, takie jak położenie ręki w przestrzeni.
      Badanie pokazuje, że co najmniej jedna ważna funkcja jest wykonywana na poziomie rdzenia. Pojawiają się [więc] nowe obszary badań i pytania o to, co jeszcze jest realizowane na poziomie rdzenia i co potencjalnie pominęliśmy w tej dziedzinie - podkreśla prof. Andrew Pruszynski z Uniwersytetu Zachodniego Ontario.
      Kanadyjczycy tłumaczą, że wspomniany rodzaj kontroli wymaga dopływu danych z wielu stawów, głównie z łokcia i nadgarstka. Dotąd sądzono, że są one przetwarzane i przekształcane w komendy motoryczne w korze mózgowej.
      Podczas testów wykorzystano robotyczne egzoszkielety z trzema stopniami swobody. Ochotników proszono o utrzymanie ręki w docelowej pozycji. Następnie robot to zaburzał, jednocześnie zginając bądź prostując łokieć i nadgarstek. Naukowcy mierzyli czas latencji (odroczenia) reakcji mięśni i sprawdzali, czy reakcje te pomogą ustawić rękę w pierwotnej pozycji. Czas latencji pozwalał stwierdzić, czy przetwarzanie zaszło w mózgu, czy w rdzeniu.
      Odkryliśmy, że odpowiedzi pojawiały się tak szybko, że jedynym miejscem, gdzie mogły być generowane, były obwody rdzeniowe. Stwierdziliśmy, że dla obwodów tych nie jest ważne, co się dzieje w poszczególnych stawach. Ważne jest to, gdzie ręka się znajduje w zewnętrznym świecie, stąd reakcja, która ma [skorygować odchylenia i] przywrócić stan wyjściowy - wyjaśnia dr Jeff Weiler.
      Ta reakcja generowana przez rdzeń jest nazywana odruchem na rozciąganie (ang. stretch reflex). Historycznie uważano, że taki odruch rdzeniowy ma prowadzić do odtworzenia pierwotnej długości mięśnia. My pokazaliśmy, że chodzi o coś o wiele bardziej skomplikowanego - kontrolę ręki w przestrzeni.
       


      « powrót do artykułu
×
×
  • Create New...