Traumatisch hersenletsel (TBI) - gedefinieerd als een hobbel, klap of schok tegen het hoofd die de normale hersenfunctie verstoort - stuurde in 2014 2,5 miljoen mensen in de VS naar de eerste hulp, volgens statistieken van de Amerikaanse Centers for Disease Control and Prevention. Vandaag, onderzoekers rapporteren een zelfassemblerende peptide-hydrogel die, wanneer geïnjecteerd in de hersenen van ratten met TBI, verhoogde hergroei van bloedvaten en neuronale overleving.

De onderzoekers zullen hun resultaten presenteren op de American Chemical Society (ACS) Fall 2019 National Meeting &Exposition.

"Als we denken aan traumatisch hersenletsel, we denken aan soldaten en atleten, " zegt Biplab Sarkar, doctoraat, die het werk op de vergadering presenteert. "Maar de meeste TBI's gebeuren wanneer mensen vallen of betrokken zijn bij ongevallen met motorvoertuigen. Naarmate de gemiddelde leeftijd van het land blijft stijgen, ook het aantal valgerelateerde ongevallen zal toenemen."

TBI's omvatten twee soorten verwondingen. Primair letsel is het gevolg van de aanvankelijke mechanische schade aan neuronen en andere cellen in de hersenen, evenals bloedvaten. secundaire verwondingen, die seconden na de TBI kan optreden en jaren kan duren, onder meer oxidatieve stress, ontsteking en verstoring van de bloed-hersenbarrière. "De secundaire verwonding creëert deze neurotoxische omgeving die kan leiden tot cognitieve effecten op de lange termijn, " zegt Sarkar. Bijvoorbeeld, TBI-overlevenden kunnen een verminderde motorische controle en een verhoogde mate van depressie ervaren, hij zegt. Momenteel, er is geen effectieve regeneratieve behandeling voor TBI's.

Sarkar en Vivek Kumar, doctoraat, hoofdonderzoeker van het project, wilde een therapie ontwikkelen die secundaire verwondingen zou kunnen helpen behandelen. "We wilden in het gebied nieuwe bloedvaten kunnen aangroeien om de zuurstofuitwisseling te herstellen, die verminderd is bij patiënten met een TBI, " zegt Sarkar. "Ook, we wilden een omgeving creëren waarin neuronen kunnen worden ondersteund en zelfs kunnen gedijen."

De onderzoekers, zowel aan het New Jersey Institute of Technology, had eerder peptiden ontwikkeld die zichzelf kunnen assembleren tot hydrogels wanneer ze in knaagdieren worden geïnjecteerd. Door fragmenten van bepaalde eiwitsequenties in de peptiden op te nemen, het team kan ze verschillende functies geven. Bijvoorbeeld, Sarkar en Kumar ontwikkelden eerder angiogene peptide-hydrogels die nieuwe bloedvaten laten groeien wanneer ze onder de huid van muizen worden geïnjecteerd.

Om hun technologie aan te passen aan de hersenen, Sarkar en Kumar hebben de peptidesequenties aangepast om de materiaaleigenschappen van de hydrogel meer op die van hersenweefsel te laten lijken, die zachter is dan de meeste andere weefsels van het lichaam. Ze bevestigden ook een sequentie van een neuroprotectief eiwit genaamd ependymin. De onderzoekers testten de nieuwe peptide-hydrogel in een rattenmodel van TBI. Wanneer geïnjecteerd op de plaats van de verwonding, de peptiden assembleerden zichzelf tot een hydrogel die fungeerde als een neuroprotectieve niche waaraan neuronen zich konden hechten.

Een week na het injecteren van de hydrogel, het team onderzocht de hersenen van de ratten. Ze ontdekten dat in aanwezigheid van de hydrogel, overleving van de hersencellen drastisch verbeterd, resulterend in ongeveer twee keer zoveel neuronen op de plaats van de verwonding bij behandelde ratten dan bij controledieren met hersenletsel. In aanvulling, de onderzoekers zagen tekenen van vorming van nieuwe bloedvaten. "We zagen enkele aanwijzingen dat de ratten in de behandelde groep meer ambulant waren dan die in de controlegroep, maar we moeten meer experimenten doen om dat te kwantificeren, ' zegt Sarkar.

Volgens Kumar, een van de volgende stappen zal zijn om het gedrag van de behandelde dieren te bestuderen om hun functionele herstel van TBI te beoordelen. De onderzoekers zijn ook geïnteresseerd in het behandelen van ratten met een combinatie van hun vorige angiogene peptide en hun nieuwe neurogene versie om te zien of dit het herstel zou kunnen bevorderen. En tenslotte, ze zijn van plan om uit te zoeken of de peptide-hydrogels werken voor meer diffuus hersenletsel, zoals hersenschudding. "We hebben gezien dat we deze materialen in een gedefinieerde verwonding kunnen injecteren en een goede weefselregeneratie kunnen krijgen, maar we werken ook samen met verschillende groepen om uit te zoeken of het kan helpen bij de soorten verwondingen die we bij soldaten zien, veteranen en zelfs mensen die op bouwplaatsen werken en last hebben van ontploffing, ' zegt Kumar.