In veel weefsels van het menselijk lichaam, inclusief zenuwweefsel, de ruimtelijke organisatie van cellen speelt een belangrijke rol. Zenuwcellen en hun lange uitsteeksels vormen samen zenuwbanen en transporteren informatie door het hele lichaam. Wanneer zenuwweefsel beschadigd is, een nauwkeurige ruimtelijke oriëntatie van de cellen vergemakkelijkt het genezingsproces. Wetenschappers van het DWI – Leibniz Institute for Interactive Materials in Aken ontwikkelden een injecteerbare gel die als geleidingssysteem voor zenuwcellen kan dienen. Onlangs publiceerden ze hun resultaten, verkregen uit celkweekexperimenten, in het journaal Nano-letters .

Binnen het lichaam, een extracellulaire matrix omringt de cellen. Het biedt mechanische ondersteuning en bevordert de ruimtelijke weefselorganisatie. Om beschadigd weefsel te regenereren, een kunstmatige matrix kan tijdelijk de natuurlijke extracellulaire matrix vervangen. Deze matrix moet de natuurlijke celomgeving nabootsen om het regeneratieve potentieel van het omringende weefsel efficiënt te stimuleren. Solide implantaten, echter, kan het resterende gezonde weefsel aantasten, terwijl zacht, injecteerbare materialen zorgen voor minimaal invasieve therapie, wat vooral gunstig is voor gevoelige weefsels, zoals het ruggenmerg. Helaas, tot nu, kunstmatige zachte materialen kunnen de complexe structuren en ruimtelijke eigenschappen van natuurlijke weefsels niet reproduceren.

Een team van wetenschappers, onder leiding van Dr. Laura De Laporte van het DWI – Leibniz Institute for Interactive Materials ontwikkelde een nieuwe, minimaal invasief materiaal genaamd Anisogel. "Als u de regeneratie van beschadigd ruggenmergweefsel wilt verbeteren, je moet een nieuw materiaalconcept bedenken, " zegt Jonas Roos, een doctoraat student die aan het Anisogel-project werkt.

"We gebruiken bouwstenen ter grootte van een micrometer en assembleren ze tot hiërarchisch georganiseerde 3D-structuren." Anisogel bestaat uit twee gelcomponenten. Microscopisch, zacht, staafvormige gels waarin magnetische nanodeeltjes zijn verwerkt, vormen het eerste onderdeel. Met behulp van een zwak magnetisch veld, wetenschappers kunnen de gelstaven oriënteren, waarna een zeer zachte omringende gelmatrix wordt verknoopt, het structureel geleidingssysteem vormen. De gelstaven, wordt gestabiliseerd door de gelmatrix, hun oriëntatie behouden, zelfs na verwijdering van het magnetische veld.

Met behulp van celkweekexperimenten, de onderzoekers toonden aan dat cellen gemakkelijk door deze gelmatrix kunnen migreren, en dat zenuwcellen en fibroblasten zich oriënteren langs de paden die door dit geleidingssysteem worden geboden. Het is bewezen dat een laag aantal gelstaven binnen het gehele Anisogel-volume voldoende is om lineaire zenuwgroei te induceren. Het materiaal, ontwikkeld door de in Aken gevestigde wetenschappers, is het eerste injecteerbare biomateriaal dat na injectie wordt samengevoegd tot een gecontroleerde georiënteerde structuur en een functioneel geleidingssysteem voor cellen biedt. "Om te voldoen aan de complexe eisen van deze aanpak, het projectteam bestaat uit onderzoekers met zeer verschillende expertises, ", zegt Laura De Laporte. "Dit interdisciplinaire werk maakt dit project zo boeiend."

"Hoewel onze celkweekexperimenten succesvol waren, we zijn bereid een lange weg te gaan om onze Anisogel te vertalen naar een medische therapie. In samenwerking met de Uniklinik RWTH Aken, we plannen momenteel preklinische studies om dit materiaal verder te testen en te optimaliseren, " legt Laura De Laporte uit.