Научный коллектив, куда вошли сотрудники нескольких питерских вузов и институтов, разработал уникальный способ замещения дефектов периферических нервных волокон. «Чинить» нервы предлагается с помощью композитного материала, включающего хитозан и углеродные нанотрубки. Хитозан — это вещество, полученное из панцирей ракообразных. А углеродные нанотрубки — свёрнутые в полые цилиндры выкройки из листа графена. Мельчайшего, разумеется, диаметра — не более нескольких десятков нанометров.
Уже проведены успешные опыты на животных. Результаты опубликованы в международном научном журнале Polymers.
Не токсичен, но ток не проводит
В лаборатории «Полимерные материалы для тканевой инженерии и трансплантологии» Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого (СПбПУ) давно занимаются созданием биодублёров — всевозможных имплантов, которые могут заменить изношенные или повреждённые части тела человека, не причинив ему ущерб.
Руководителя лаборатории профессора Владимира Юдина особенно увлекает идея формировать из биоразлагаемых полимеров конструкции для их имплантации в живую ткань. На языке науки их называют скаффолды (от англ. scaffold — «каркас», «шаблон»). Это своего рода полимерная матрица с выращенными на ней клетками.
Оптимальным материалом для таких матриц был выбран, в частности, хитозан. Его получают из хитина, из которого состоят панцири ракообразных. У хитозана высокая биосовместимость, хорошие бактерицидные свойства. Он не токсичен и не вызывает аллергию.
Но вот беда — волокна хитозана не обладают электропроводностью. А значит, с их помощью не удастся восстановить нервную ткань, ведь она-то как раз должна проводить электрический ток!
«Одним из способов улучшения функциональных характеристик хитозановых нитей и улучшения клеточной коммуникации и реакции тканей является получение композиционных материалов, которые содержат электропроводящий полимер или наполнитель — в частности, углеродные наночастицы», — пишут учёные в своей статье.
Футляр для повреждённого нерва
В лаборатории профессора Юдина придумали и применяют специальные трубки из электропроводящих полимерных волокон — кондуиты. Они содержат те самые углеродные наночастицы. И с их помощью учёные собираются восстанавливать повреждённые нервы.
«Мы получили трубчатую матрицу, так называемый кондуит, длина которого составила 1-1,5 сантиметра. Отдельно получали хитозановые волокна с различным содержанием углеродных нанотрубок. Затем кондуит и волокна совмещали, то есть волокна вводили во внутренний просвет трубки и закрепляли. И с помощью данной конструкции соединяли два конца периферического нерва», — рассказала порталу «Научная Россия» одна из участниц исследования, аспирантка СПбПУ Нурджемал Тагандурдыева.
Ещё раз. Концы разорванного нерва помещают с противоположных сторон в кондуит — очень тонкую трубку из наночастиц. Импульсы передаются от одного конца повреждённого нерва к другому. Трубка, как футляр, изолирует их от окружающей биологической среды, а её пористые стенки способствуют обменным процессам. Происходит направленный рост ткани — нерв срастается. В итоге формируется его утраченный фрагмент, а кондуит благополучно разлагается в организме.
Разработку экспериментально проверили на крысах. У них вырезали часть седалищного нерва, а затем заместили её тестовым образцом, созданным в лаборатории. Через несколько месяцев провели анализ — дефект исчез, нервные клетки восстановились.
Поможет даже при радикулите
Получается, что фраза «нервные клетки не восстанавливаются» потеряла свою актуальность? На самом деле операции по регенерации нервной ткани проводятся давно. Делают это в том числе с применением кондуитов. Но существующие аналоги не способны замещать разрывы нервов более 3 сантиметров. А разработка питерских учёных даёт такую возможность.
Новый метод тканевой инженерии придёт на помощь тем, кто утратил или повредил периферические нервы вследствие травм, нейродегенеративных заболеваний (Альцгеймера или Паркинсона) и даже знакомых многим радикулитов.
«Такие повреждения у людей случаются довольно часто, — говорит профессор Владимир Юдин. — В результате травмы наблюдается двигательная или сенсорная дисфункция. Подобные травмы распространены как среди гражданского населения, так и среди военнослужащих. На нашем рынке подобных имплантатов для нервных волокон нет».
Теперь учёные продолжат исследования с помощью биопринтера. На нём можно печатать «футляры» для нервов, более приближенные по структуре к естественной ткани. Это даст лучшие результаты и ускорит процесс заживления.