Onderzoek uitgevoerd door twee groepen bij het Center for Cooperative Research in Biomaterials CIC biomaGUNE en één bij SISSA, Scuola Internazionale Superiore di Studi Avanzati (Italië), hebben aangetoond dat functionele materialen op basis van koolstofnanobuizen het opnieuw verbinden van neuronale netwerken die zijn beschadigd als gevolg van ruggenmergletsel, vergemakkelijken. De studie, gepubliceerd door het wetenschappelijke tijdschrift PNAS ( Proceedings van de National Academy of Sciences ), vormt een enorme stap voorwaarts in onderzoek gericht op herstel van dit soort verwondingen.

De onderzoeksgroepen onder leiding van Ikerbasque Professor en Axa Chair bij CIC biomaGUNE Maurizio Prato, die een wereldwijde referentie is in op koolstof gebaseerde nanomaterialen, en die onder leiding van professor Laura Ballerini van SISSA in Triëst (Italië) hebben ervaring met het gebruik van nanotechnologie en nanomaterialen om neurale verwondingen te herstellen. Samenwerking tussen de groepen heeft aangetoond dat biomaterialen op basis van koolstofnanobuisjes de communicatie tussen neuronen, neuronale groei en het tot stand brengen van verbindingen door middel van dit soort materialen.

"De elektrische en mechanische eigenschappen van dit materiaal maken veel toepassingen mogelijk die voor geen enkel ander materiaal ondenkbaar zijn. de interactie van prikkelbare cellen, zoals zenuw- en hartcellen, koolstofnanobuisjes van groot belang maken. De communicatie tussen cellen neemt toe wanneer ze worden gekoppeld aan koolstofnanobuisjes, en het is ook mogelijk om mechanisch stabiele steigers te bouwen die de zenuwgroei ondersteunen, " zegt professor Prato.

"De groepen Prato en Ballerini hadden eerder de vorming van neuronale verbindingen aangetoond in in vitro systemen in celculturen. wat nog overbleef was de sprong naar een in vivo diermodel van laesie van het ruggenmerg, de mogelijkheid om te zien of de communicatie tussen individuele neuronen inderdaad ook plaatsvond op het niveau van complete neuronale vezels in een in vivo model, en of er functionele resultaten werden behaald, " legde Pedro Ramos uit, Ikerbaskische professor bij CIC biomaGUNE, leider van de Magnetic Resonance Imaging Unit en de derde hoofdrolspeler in het onderzoek.

In deze laatste doorbraak slaagden de onderzoekers erin "aan te tonen dat in een reeks dieren met gedeeltelijke doorsnijding van het ruggenmerg, het opnieuw verbinden van vezels wordt namelijk geleidelijk tot stand gebracht door middel van het ingebrachte implantaat, een soort spons van koolstofnanobuisjes met daarin verweven vezels. De zenuwen verbinden zich weer in het gebied waar ze waren beschadigd en, wat is meer, de dieren kregen weer functionaliteit, vooral in de achterpoten, het meest getroffen door de laesie. Ook werd aangetoond dat het materiaal biocompatibel is, met andere woorden, geen immuunreactie werd gedetecteerd, ' zei Pedro Ramos.

Naar zijn mening, deze belangrijke doorbraak vormt "een hoop voor de toekomst in termen van het bevorderen van herstel van dit type ruggenmergletsels, van de oogzenuw, of zelfs van een soort traumatisch letsel waarbij de neuronale verbinding is verbroken en de mobiliteit van een ledemaat is aangetast." Hij voegt eraan toe dat het enige tijd zal duren voordat hun onderzoek klinische toepassing vindt.

Een doel aan de horizon

Zoals Ramos uitlegde, het onderzoek werd uitgevoerd "onder zeer gecontroleerde omstandigheden, net als bij elk laboratoriumonderzoek, " en het is noodzakelijk om vooruitgang te boeken:"Er zijn veel aspecten waar werk moet worden verricht in termen van materiaal, de omstandigheden waaronder het materiaal wordt geïmplanteerd, de omstandigheden waaronder het materiaal moet werken, enzovoort."

Bijvoorbeeld, het is van cruciaal belang om de microstructurele en mechanische eigenschappen van het materiaal grondig te onderzoeken, of de eigenschappen die neuronale verbinding vergemakkelijken, waardoor mogelijke bijwerkingen of zelfs afstoting van het materiaal zelf worden voorkomen (stijfheid, elasticiteit, sponzigheid, compactheid, grootte van de poriën die tussen de vezels achterblijven, enzovoort.). Het is ook essentieel om de productiemethoden te bevorderen, zodat ze zo stabiel en reproduceerbaar mogelijk zijn, en zodat componenten, zoals groeifactoren of andere stoffen die neuronale communicatie vergemakkelijken, kan in zijn structuur worden ingevoegd.

Verder, het is noodzakelijk om de omstandigheden te bestuderen die klinische implantatie van de materialen mogelijk maken:"Het is belangrijk om te zien hoe en wanneer ze moeten worden geïmplanteerd. we hebben het implantaat ingebracht tijdens een acute laesiefase, dus we hoefden niet te kampen met het bestaan ​​van een gliaal litteken, enz." Bovendien "Men zou moeten zien of deze resultaten worden bevestigd in andere diermodellen met minder neuronale plasticiteit."

Een van de belangrijkste aspecten van dit herverbindingsproces is "te achterhalen of dezelfde verbindingen die bestonden vóór de laesie worden hersteld of dat er neuronale plasticiteit plaatsvindt, met andere woorden, of nieuwe verbindingen worden gelegd die voorheen niet bestonden en het zenuwstelsel een andere manier zoekt om opnieuw verbinding te maken om zich aan te passen aan de nieuwe situatie." op het gebied van beeldvorming, "we boeken vooruitgang in de ontwikkeling van functionele beeldvormingstechnieken waarmee we de verbindingen tussen de hersenen en het perifere zenuwstelsel vanuit een functioneel oogpunt kunnen zien, " hij zei.

De CIC biomaGUNE-onderzoeker wijst erop dat "we dit verre van in staat zijn om dit op mensen over te dragen. Het vertoont alle kenmerken van overdraagbaar, het is aangetoond dat het werkt, om effectief te zijn en niet te leiden tot bijwerkingen in diermodellen. Er moet nog gewerkt worden om het doel te bereiken, maar we gaan de goede kant op."