«Нервные стволовые клетки обладают невероятным потенциалом для восстановления поврежденных клеток нервной системы, а трехмерная реконструкция нервной ткани необходима для воспроизведения сложной анатомической структуры и функций головного и спинного мозга», — сказал доктор. МакМертри, автор исследования и директор исследовательского института, который руководил этой работой. «Таким образом, считалось, что комбинация индуцированных нейронных клеток с биоматериалами с микропроцессором может обеспечить уникальные преимущества в 3D-культурах, и это исследование показало, что нейронные клетки можно культивировать не только в 3D-конформациях, но также можно управлять направлением и паттерном роста нейритов. и контролируется с помощью относительно простых комбинаций структурных сигналов и биохимических сигнальных факторов."
Следующим шагом будет репликация более сложных структур с использованием собственных индуцированных стволовых клеток пациента для восстановления поврежденных или пораженных участков нервной системы. Эти трехмерные реконструкции затем могут быть использованы для имплантации в поврежденные области нервной ткани, чтобы помочь восстановить определенные нейроанатомические структуры и интегрироваться с правильными нейронными схемами для восстановления функции.
Успешное восстановление функции потребует обучения новой нейронной схемы с течением времени, но при выборе подходящих нейронов и преобразовании их в нативную архитектуру имплантированные нейронные стволовые клетки будут иметь гораздо более высокие шансы на получение успешных результатов. Каркасные материалы и гидрогелевые материалы являются биосовместимыми и биоразлагаемыми, а гидрогели также могут помочь поддерживать микроструктуру имплантированных клеток и предотвращать их вымывание спинномозговой жидкостью, окружающей головной и спинной мозг.
Мак-Мертри также отметил, что, выполняя эти сайт-специфические реконструкции нервной ткани, можно не только перестроить нейронную архитектуру, но и создать модели для изучения механизмов заболевания и процессов развития, просто используя клетки кожи, которые индуцируются в плюрипотентные стволовые клетки и в нейроны от пациентов с различными заболеваниями и состояниями. «Трехмерные конструкции обеспечивают реалистичную репликацию врожденной клеточной среды, а также позволяют изучать больные нейроны человека без необходимости биопсии нейронов у пораженных пациентов и без необходимости создания моделей на животных, которые могут не воспроизводить полный набор функций, наблюдаемых у людей, "сказал МакМертри.
Способность создавать нервную ткань из стволовых клеток и биоматериалов имеет большой потенциал для регенеративной медицины. Комбинация стволовых клеток, функционализированной гидрогелевой архитектуры и структурированных и функционализированных каркасов из нановолокон позволяет формировать уникальные трехмерные тканевые конструкции, и эти инженерные конструкции предлагают важные применения в тканях головного и спинного мозга, поврежденных в результате травмы, инсульта или дегенерации.
В частности, эта работа может однажды помочь в восстановлении функциональных нейроанатомических путей и структур в местах повреждения спинного мозга, черепно-мозговой травмы, резекции опухоли, инсульта или нейродегенеративных заболеваний Паркинсона, Хантингтона, Альцгеймера или бокового амиотрофического склероза.
Работа проводилась в Оксфордском университете и Институте нейронной регенерации и тканевой инженерии, некоммерческой благотворительной исследовательской организации.