Реабилитация травм спинного мозга и инсульта с помощью графена и игр

 (Новости Nanowerk) Немногие человеческие травмы являются столь же катастрофическими, как травмы позвоночника. Несчастный случай, болезнь или акт насилия, поражающие позвоночник, могут привести к нарушению его функции — вплоть до паралича — почти в любой части тела.

Позвоночник устроен чрезвычайно сложно, с ограниченной способностью к регенерации, и любые последствия для здоровья обычно носят долгосрочный и хронический характер.

Хотя не существует известного способа восстановления травмы спинного мозга (SCI), ученые могут быть на пороге некоторых важных прорывов. Применяются новые подходы к обращению вспять повреждения нервов, при этом некоторые исследователи пытаются изменить архитектуру спинного мозга, используя материалы, разработанные в лаборатории.

Профессор Паула Маркес, материалист из Университета Авейру в Португалии, и ее коллеги стремятся превратить определенный биоматериал в каркас, который сможет заменить поврежденную ткань позвоночника. Это создаст работающий мост через травмированную область, предоставляя мозгу альтернативный путь для связи с телом.

Есть надежда, что в течение следующего десятилетия эти биоматериалы приведут к радикально новым методам лечения 250-500 000 человек во всем мире, которые ежегодно страдают от травм спинного мозга.

«Даже небольшое улучшение в лечении может привести к значительному изменению качества жизни», — сказал профессор Маркес.

Регенерация нервов

Кроме того, каркасный имплантат будет поддерживать регенерацию естественных нервных клеток, что позволит телу в конечном итоге возобновить свою естественную функцию без посторонней помощи.

Профессор Маркес является главным исследователем проекта NeuroStimSpinal, проекта EIC Pathfinder в рамках Horizon 2020, в котором основное внимание уделяется материалу на основе графена в сочетании с богатым белком материалом, полученным от человека, известному как «децеллюляризированный внеклеточный матрикс». В организме человека внеклеточный матрикс обеспечивает структуру и поддержку живых клеток.

Эта смесь матрицы и материала на основе графена создает трехмерную структуру, которая умело имитирует морфологию нативного спинного мозга. Он сформирует костяк — так сказать — имплантата проекта.

Графен обладает превосходными электрическими свойствами, а это означает, что по нему может проходить ток, что является необходимым условием для любого материала, который можно использовать для передачи электрических импульсов по спинному мозгу.

Важно отметить, что каркас является пористым, а это означает, что через него могут проходить клетки и спинномозговая жидкость. Он также биосовместим, что предотвращает отторжение организмом, и биоразлагаем, что позволяет запрограммировать его на разложение с течением времени.

Восстановление функции

Профессор Маркес описывает свою работу как «подрывную» и говорит, что потенциальная награда за восстановление функций у людей с параличом огромна.

«Я вижу настоящую надежду, — сказала она. «Единственное, что меня расстраивает, это то, что мы не можем продвигаться вперед в этом исследовании быстрее — травма спинного мозга оказывает такое большое влияние на человеческую жизнь».

В нервной ткани есть два основных типа клеток: нейроны, которые передают электрические импульсы, и глиальные клетки, которые не проводят ток и обеспечивают систему поддержки нейронов.

В лабораторных экспериментах команда NeuroStimSpinal, в которую входят эксперты в области материаловедения, электронной инженерии, физики и биологии, обнаружила, что, когда их каркас засевают эмбриональными нервными клетками-предшественниками (клетками, которые обновляются и имеют потенциал развиваться либо в нейроны, либо глиальные клетки) и применяется электрический стимул, «пустые» стволовые клетки успешно дифференцируются в смесь двух типов клеток.

«Это очень обнадеживает», — сказал профессор Маркес. «Это показывает, что каркас может обеспечить хорошую среду для восстановления нервных клеток».

Ее группа — одна из немногих в мире, которым удалось превратить нервные стволовые клетки в новые клеточные линии в лабораторных условиях.

Однако на сегодняшний день таких успехов на живых животных достигнуто не было. Профессор Маркес хочет, чтобы ее следующая серия экспериментов направила исследования ТСМ на новый курс.

В ближайшие месяцы ее команда пересадит крысам миниатюрные версии своего каркаса. Электрический ток будет подаваться на имплантат через блок управления, вставленный под кожу животных, чтобы ускорить отрастание тканей. Если эти эксперименты покажут, что регенерация спинного мозга животных возможна при наличии каркаса, профессор Маркес подаст заявку на новое финансирование, чтобы вывести свою работу на новый уровень.

«Я надеюсь, что мы сможем внести свой вклад с нашими научными знаниями, чтобы сделать шаг вперед к восстановлению SCI», — сказала она.

Катастрофический инсульт

Инсульт — еще одно катастрофическое событие в жизни, которое может привести к повреждению нервной системы. Инсульты, помимо того, что являются причиной смерти номер два во всем мире, являются третьей по значимости причиной лет жизни с поправкой на инвалидность (DALY) — показателя, используемого для оценки бремени смерти и болезней.

Ученым еще предстоит найти способ заменить мертвые клетки мозга, образовавшиеся в результате тромба, блокирующего приток крови и кислорода к мозгу, но они начинают использовать новейшие технологии, такие как достижения в области виртуальной реальности (VR), чтобы помочь пациентам оправиться от некоторых долгосрочных последствий.

После инсульта руки могут стать скованными из-за нарушения связи между мозгом и мышцами рук. Эта «спастичность» может затруднить, почти невозможно, выпрямление пальцев или захват предмета.

«Эти нарушения рук могут серьезно повлиять на повседневную жизнь», — сказал доктор Джозеф Галеа, исследователь двигательной неврологии из Бирмингемского университета в Великобритании.

«Хотя большое внимание уделялось улучшению широких движений рук после инсульта, мало работы по улучшению функциональности рук».

Доктор Галеа хочет улучшить восстановление движений рук с помощью проекта ImpHandRehab. Этот проект, финансируемый Европейским исследовательским советом, предлагает пациентам, перенесшим инсульт, выполнять задачи, связанные со все более сложными движениями рук — форма реабилитации, которая в конечном итоге улучшит ловкость и качество жизни. Пользователи выполняют свои задачи в гарнитуре виртуальной реальности в сочетании с доступными готовыми перчатками для захвата движения.

Что мотивирует пользователей придерживаться своих задач?

Захватывающая виртуальная реальность

— Игры, — объяснил доктор Галеа. «Мы разработали две действительно захватывающих VR-игры, которые вознаграждают людей за то, что они все лучше и лучше делают что-то вроде лопания воздушного шара или управления подводной лодкой. Мы заметили, что чем больше очков или монет поставлено на карту, тем усерднее человек будет стараться и тем лучше он будет работать».

Более того, он и его коллеги обнаружили, что после продолжительной игры улучшенная работа рук сохраняется даже после снятия гарнитуры виртуальной реальности.

«Мы предполагаем, что наше решение будет использоваться пациентами дома», — сказал доктор Галеа. «Это было бы дополнением к традиционным методам реабилитации».

Источник