Een nieuw materiaal gemaakt van koolstofnanobuisjes ondersteunt de groei van zenuwvezels, het overbruggen van gescheiden neurale explantaten en het bieden van een functionele herverbinding. De studie, die werd gecoördineerd door SISSA in Triëst, ook biocompatibiliteit van het materiaal in vivo waargenomen, wat aantoont dat implantatie in de hersenen van kleine knaagdieren geen grote littekens of een duidelijke immuunrespons veroorzaakt. De studie, gepubliceerd in wetenschappelijke vooruitgang toont aan dat het materiaal kan worden geëvalueerd voor toepassingen in het prothetische zenuwstelsel.

"Onder de microscoop het ziet eruit als een geknoopte wirwar van buizen. Het werd aanvankelijk bestudeerd voor het opruimen van gemorste koolwaterstoffen in de zee, " legt Laura Ballerini uit, SISSA Professor en coördinator van de recent gepubliceerde studie. Het was de intuïtie van Maurizio Prato, echter, dat dwong hen om de mogelijkheid te onderzoeken om dergelijk materiaal op zenuwweefsel aan te brengen. Het idee om de hybriden van neuronen en nanomaterialen te ontwikkelen was het resultaat van een langdurig project en samenwerking tussen Prato (Universiteit van Triëst) en Ballerini's (SISSA) groepen.

In de huidige studie, Ballerini en haar team onderzochten eerst de reactie van het materiaal op zenuwweefsel in vitro. "We hebben twee ruggenmergsegmenten geëxplanteerd en samen gekweekt, maar scheidde ze met 300 micron, " zegt Sadaf Oesmani, een doctoraat student aan de school en eerste auteur van de studie. "Onder die omstandigheden zonder enige steigers die de ruimte tussen de twee explantaten reconstrueren, we zagen groei van zenuwvezels die zich uitstrekten in rechte bundels in elke richting, maar niet noodzakelijkerwijs naar het andere weefsel. Als we een klein stukje van de koolstofspons in de ruimte tussen de twee plaatsen, echter, we zien dichte groei van zenuwvezels die de structuur vullen en verstrengelen met het andere monster."

"Het observeren van vezels die het contralaterale explantaat bereiken, is niet genoeg, echter, " wijst de onderzoeker van de Universiteit van Triëst en een van de auteurs van de studie aan, Dennis Scini. "Je moet aantonen dat er een functioneel verband is tussen de twee populaties neuronen." Voor deze, SISSA Professor David Zoccolan en zijn team waren cruciaal. "Met signaalanalysetechnieken die ze al hadden ontwikkeld, konden we twee dingen aantonen:ten eerste, dat spontane zenuwactiviteit in de twee monsters daadwerkelijk gecorreleerd was, een verbinding aangeven, dat was er niet toen de spons afwezig was, en ten tweede, dat door een elektrisch signaal toe te passen op een van de monsters, de activiteit van het tweede monster kan worden geactiveerd, maar alleen als de nanobuisjes aanwezig waren."

Tests voor biocompatibiliteit

De resultaten in het lab waren zeer positief. Maar dit was niet voldoende voor Ballerini en haar collega's. "Om extra energie en middelen te blijven investeren in de studie voor mogelijke toepassingen, is cruciaal om te testen of het materiaal wordt geaccepteerd door levende organismen zonder negatieve gevolgen, ' zegt Ballerini.

Om deze testen uit te voeren, Ballerini's team werkte nauw samen met SISSA-onderzoeker Federica Rosselli. "We implanteerden kleine porties van het materiaal in de hersenen van gezonde knaagdieren. Na vier weken, we zagen dat het materiaal goed werd verdragen. Er waren beperkte littekens, evenals een lage immuunrespons, en sommige biologische indicatoren toonden zelfs aan dat er positieve implicaties zouden kunnen zijn. Er was ook een progressieve invasie van neuronen in de spons. De ratten waren vitaal en gezond gedurende de vier weken, ', zegt Oesmani.

"Tot slot, " zegt Ballerini, "de uitstekende resultaten moedigen ons aan om deze onderzoekslijn voort te zetten. Deze materialen kunnen nuttig zijn voor het bedekken van elektroden die worden gebruikt voor de behandeling van bewegingsstoornissen zoals Parkinson, omdat ze goed worden geaccepteerd door weefsel, terwijl de implantaten die tegenwoordig worden gebruikt in de loop van de tijd minder effectief worden vanwege littekenweefsel. We hopen dat dit andere onderzoeksteams met multidisciplinaire expertise aanmoedigt om dit type onderzoek nog verder uit te breiden."