В Корее смогли восстановить функцию кисти обезьяны с помощью искусственного канала для нервов
Корреспондент Гу Бон Хёк
- Корейский институт науки и технологии (KIST) разработал «пучковый искусственный канал для нервов», имитирующий структуру периферических нервов
- У приматов подтверждена регенерация нервов и восстановление функции кисти за 12 месяцев
Изготовление и имплантация биомиметического пучкового канала для нервов [Предоставлено KIST]
Разработана технология «искусственного канала для нервов», позволяющая соединить разорванные в результате несчастного случая нервы и тем самым восстановить движение и чувствительность пальцев. В результате годичных экспериментов на обезьянах, структура и функция кисти которых схожи с человеческими, было показано, что нервы вновь отрастают, а функции кисти восстанавливаются.
16 сентября исследовательская группа под руководством старшего научного сотрудника Чон Ён Ми из Центра исследований биоматериалов Корейского института науки и технологий (KIST) совместно с исследовательской группой во главе с профессором Пак Чжон Ун из Медицинского факультета Университета Коре и Национальным центром приматов Корейского исследовательского института бионауки и биотехнологии объявила о разработке «многопучкового искусственного канала для нервов (MFNGC)», имитирующего структуру реальных периферических нервов.
При обширном разрыве периферических нервов кисти или руки может потерять способности двигать пальцами или ощущать прикосновения. В случае обширного повреждения обычно применяется «аутотрансплантация нерва», при которой здоровый нерв извлекается из другой части тела пациента и пересаживается в место повреждения, однако этот метод требует жертвования здорового нерва, а количество нерва, которое можно пересадить, ограничено.
Кроме того, существующие искусственные каналы для нервов представляют собой полую трубку, что ограничивает возможность правильного направления роста новых нервов.
Исследовательская группа исходила из того, что реальные периферические нервы состоят из нескольких нервных пучков. Проанализировав структуру нервов запястья макак-резусов, ученые создали три малых канала внутри одной большой трубки. Для изготовления канала использовался полимерный материал «PLCL», который обладает гибкостью и постепенно разлагается в организме.
В частности, этот метод позволяет создать путь для роста нервов исключительно за счёт структуры канала, без использования каких-либо клеток или факторов роста.
Исследователи имплантировали канал в участок дефекта среднего нерва запястья макак-резуса длиной 15 мм и наблюдали за изменениями в течение 12 месяцев.
В результате с течением времени у обезьяны сократилось время, необходимое для захвата мелкой пищи пальцами, а показатели двигательных нарушений улучшились. Результаты измерения мышечной реакции при электростимуляции нервов также показали, что у большинства сигналы возобновились спустя 6 месяцев после операции.
Спустя 12 месяцев внутри канала вновь выросшие нервы упорядочились в несколько пучков, как настоящие нервы, и вновь сформировалась миелинавая оболочка, окружающая нервные волокна.
Молекулярная масса PLCL, из которого изготовлен канал, уменьшилась примерно на 94% по сравнению с показателями до трансплантации. Выраженной хронической воспалительной реакции также не наблюдалось. Таким образом, была подтверждена возможность использования этого материала для изготовления медицинских устройств, которые выполняют роль прохода во время регенерации нерва, а затем постепенно рассасываются в организме.
Рис. 1. Изготовление бесклеточного биомиметического многопучкового нервно-направляющего канала (MFNGC) для регенерации периферических нервов на модели макаки-резуса. (A–C) Схематические диаграммы, иллюстрирующие процесс изготовления многопучкового нервно-направляющего канала (NGC). MFNGC состоит из PLCL и желатина, что обеспечивает проницаемость, эластичность и топографию, схожие с естественными нервными структурами.
(D) MFNGC был имплантирован в срединный нерв макаки-резуса для регенерации периферического нерва.
Рис. 2. Характеристика MFNGC. (A) Макроскопическое изображение срединного нерва макаки-резуса на уровне запястья. (B) Фотографии, демонстрирующие вид сбоку и поперечное сечение MFNGC. (C) Сканирующие электронные микрофотографии, иллюстрирующие изготовленный MFNGC, мембрану из PLCL и желатиновый гидрогель на NGC. Стрелка указывает на область перекрытия мембраны, образовавшуюся во время скручивания мембраны из PLCL с напечатанным на ней желатиновым гидрогелем для формирования внутреннего канала. (D) Распределение диаметров волокон PLCL и размеров пор. (E) Толщина и диаметр NGC. (F) Механические свойства одноканального NGC и MFNGC. Данные представлены в виде среднего значения ± стандартное отклонение. Статистический анализ проводился с использованием непарного t-критерия. *p < 0,05 считалось статистически значимым.
Рис. 3. Восстановление функции тенарной мышцы после имплантации MFNGC. (A) Схема проведения экспериментов in vivo и схематическое изображение MFNGC. (B) Фотографии, иллюстрирующие хирургические процедуры; аутотрансплантат, аллотрансплантат и MFNGC были имплантированы в 15-миллиметровый разрыв срединного нерва. (C) Толщина тенарной мышцы в каждой группе. (D) Амплитуда совокупного мышечного потенциала действия (CMAP) в процентах от амплитуды первого CMAP у отдельных макак-резусов. После трансплантации кондуита в каждый момент времени измерялись следующие параметры с помощью задач на ловкость рук. (E) Время очистки гранул. (F) Оценка моторной дисфункции. Кроме того, в каждый момент времени проводились измерения силы захвата. (G) Изображение тенарной мышцы, окрашенной по методу Гимзе и МТ, через 12 месяцев после имплантации (масштабная линейка = 200 мкм). (H) Количественная оценка диаметра мышечных волокон и площади поперечного сечения в тенарной мышце через 12 месяцев после имплантации. Данные представлены в виде индивидуальных значений со средним значением ± стандартное отклонение.
Рис. 4. Регенерированный нерв в трансплантированном сегменте. (A) Фотографии извлеченного срединного нерва через 12 месяцев после имплантации (масштабная линейка = 1 см). (B) Макроскопическое исследование поперечного среза срединного нерва в контрольной группе и группе с трансплантатом MFNGC. (C) Распределение молекулярной массы кондуита через 12 месяцев после имплантации. (D) Окрашивание гематоксилином и эозином (H&E) и по методу Геровича регенерированного нерва в поперечном срезе в сегментах с аутотрансплантатом, аллотрансплантатом и трансплантатом MFNGC через 12 месяцев после имплантации (масштабная линейка = 200 мкм).
(E) Иммунофлюоресцентное окрашивание регенерированного нерва с поперечным разрезом в участках с аутотрансплантатом, аллотрансплантатом и трансплантатом MFNGC через 12 месяцев после имплантации (красный: S-100 (клетки Шванна), зелёный: β-тубулин (нейроны), синий: DAPI (ядро); масштабная линейка = 50 мкм) . (F) Количественная оценка площадей, положительных по β-тубулину и S-100, в регенерированных нервах. Данные представлены в виде отдельных значений со средним значением ± стандартное отклонение.
Рис. 5. Оценка регенерированных нервов с помощью окрашивания толуидиновым синим и СЭМ-анализа. (A) Изображения окрашивания толуидиновым синим области трансплантата через 12 месяцев после имплантации (масштабная линейка = 200 мкм). (B) Изображения, полученные с помощью сканирующего электронного микроскопа (СЭМ), поперечного среза регенерированного нерва в области трансплантата через 12 месяцев после имплантации (масштабная линейка = 400 мкм (изображение, полученное методом «Tile scan», вверху), 20 мкм (внизу)). (C) Количественный анализ внешнего диаметра миелинизированных аксонов, внутреннего диаметра миелинизированных аксонов, коэффициента G и округлости аксонов. (D) Количественный анализ количества миелинизированных аксонов и толщины миелиновой оболочки. Данные представлены в виде отдельных значений со средним значением ± стандартное отклонение.
Рис. 6. Оценка регенерированных дистальных нервов с помощью гистологического и иммунофлюоресцентного окрашивания. (A) Окрашивание H&E и MT поперечного среза регенерированного дистального нерва в группах с аутотрансплантатом, аллотрансплантатом и MFNGC через 12 месяцев после имплантации (масштабная линейка = 200 мкм). (B) Иммунофлюоресцентное окрашивание поперечного среза регенерированного дистального нерва в группах с аутотрансплантатом, аллотрансплантатом и MFNGC через 12 месяцев после имплантации (масштабная линейка = 50 мкм). (C) Количественная оценка β-тубулин- и S-100-положительных областей в регенерированных дистальных нервах. Данные представлены в виде отдельных значений со средним значением ± стандартное отклонение.
Рис. 7. Оценка регенерированных дистальных нервов с помощью окрашивания толуидиновым синим и анализа с помощью растрового электронного микроскопа (РЭМ). (A) Изображения регенерированного дистального нерва, окрашенного толуидиновым синим, через 12 месяцев после имплантации (масштабная линейка = 200 мкм). (B) Изображения, полученные с помощью сканирующего электронного микроскопа (СЭМ), поперечного среза регенерированного дистального нерва через 12 месяцев после имплантации (масштабная линейка = 400 мкм (изображение с мозаичным сканированием, вверху), 20 мкм (внизу)). (C) Количественный анализ внешнего диаметра миелинизированного аксона, внутреннего диаметра миелинизированного аксона, коэффициента G и округлости аксона. (D) Количественный анализ количества миелинизированных аксонов и толщины миелиновой оболочки. Данные представлены в виде отдельных значений со средним значением ± стандартное отклонение.
Доктор Чон Ён Ми, KIST [Фото предоставлено KIST]
Эта технология может применяться при реконструктивных операциях у пациентов с разрывом нервов запястья или руки, полученным в результате производственных травм или дорожно-транспортных происшествий. Поскольку канал изготавливается и хранится заранее, а затем сразу используется в операционной, нет необходимости в дополнительной операции по извлечению нерва путем разреза другого участка тела пациента. Это сокращает время операции и позволяет избежать таких последствий, как потеря чувствительности в месте забора нерва или образование невромы.
Исследовательская группа считает, что отсутствие необходимости в культивировании клеток или криоконсервировании станет преимуществом при будущем внедрении данного изделия в качестве медицинского устройства. Ожидается, что после проведения дополнительных испытаний на эффективность и безопасность, стандартизации производственного процесса и получения необходимых разрешений данное устройство сможет использоваться в качестве медицинского средства для регенерации нервов, дополняющего возможности аутотрансплантации нервов.
«Мы подтвердили регенеративную возможность искусственного канала для нервов, структурированного в форме пучков реальных нервов, у приматов, чья анатомия руки схожа с человеческой» - заявила ведущий научный сотрудник Чон Ён Ми, добавив: «Мы расширим масштаб проверок, чтобы добиться клинического применения медицинского устройства для регенерации нервов, произведенного в Южной Корее».
Результаты данного исследования опубликованы в последнем номере международного научного журнала «Bioactive Materials».
Комментарии