Ruggenmergletsel is een ernstige en slopende aandoening die optreedt wanneer er schade aan het ruggenmerg is, die het gevolg kan zijn van een traumatisch letsel, zoals een auto-ongeluk, een val of sportblessure, of van een niet-traumatische oorzaak, zoals infectie, ontsteking of een tumor. De ernst van een dwarslaesie hangt af van de locatie en omvang van de schade. Verwondingen kunnen variëren van een lichte kneuzing of kneuzing tot een volledige doorsnijding van het ruggenmerg, wat kan resulteren in permanente verlamming van de aangedane ledematen.
Een hybride biomateriaal dat met succes is gesynthetiseerd, kan worden gebruikt om ruggenmergletsels te behandelen.
Een uniek materiaal dat is ontwikkeld aan de Universiteit van Limerick in Ierland heeft een aanzienlijk potentieel aangetoond bij de behandeling van ruggenmergletsels.
Opwindend nieuw onderzoek uitgevoerd aan het Bernal Institute aan de Universiteit van Limerick (UL) en gepubliceerd in het tijdschrift Onderzoek naar biomaterialenheeft aanzienlijke vooruitgang geboekt op het gebied van weefselherstel van het ruggenmerg.
Nieuwe hybride biomaterialen ontwikkeld aan UL in de vorm van nanodeeltjes en voortbouwend op bestaande praktijk op het gebied van tissue engineering, werden met succes gesynthetiseerd om herstel en regeneratie na ruggenmergletsel te bevorderen, aldus de onderzoekers.
Het UL-team onder leiding van professor Maurice N Collins, universitair hoofddocent, School of Engineering aan de UL, en hoofdauteur Aleksandra Serafin, een Ph.D. kandidaat bij UL, gebruikte een nieuw soort steigermateriaal en een uniek nieuw elektrisch geleidend polymeercomposiet om nieuwe weefselgroei en generatie te bevorderen die de behandeling van ruggenmergletsel zou kunnen bevorderen.
« Drgraverwonding blijft een van de meest slopende traumatische verwondingen die een persoon tijdens zijn leven kan oplopen, en beïnvloedt elk aspect van iemands leven », legt professor Collins uit.
“De slopende aandoening resulteert in verlamming onder het niveau van letsel en alleen al in de VS bedragen de jaarlijkse gezondheidszorgkosten voor SCI-patiëntenzorg $ 9,7 miljard. Aangezien er momenteel geen algemeen beschikbare behandeling is, is continu onderzoek op dit gebied van cruciaal belang om een behandeling te vinden die de levenskwaliteit van de patiënt verbetert, waarbij het onderzoeksveld zich richt op weefselmanipulatie voor nieuwe behandelstrategieën.
“Het vakgebied tissue engineering heeft als doel het wereldwijde probleem van tekorten aan gedoneerde organen en weefsels op te lossen, waarbij een nieuwe trend is ontstaan in de vorm van geleidende biomaterialen. Cellen in het lichaam worden beïnvloed door elektrische stimulatie, vooral cellen van geleidende aard zoals hart- of zenuwcellen”, legt professor Collins uit.
Het onderzoeksteam beschrijft een groeiende belangstelling voor het gebruik van elektrisch geleidende weefselmanipulatie-steigers die zijn ontstaan als gevolg van de verbeterde celgroei en -proliferatie wanneer cellen worden blootgesteld aan een geleidende scaffold.
“Het verhogen van de geleidbaarheid van biomaterialen om dergelijke behandelingsstrategieën te ontwikkelen, draait meestal om de toevoeging van geleidende componenten zoals koolstofnanobuisjes of geleidende polymeren zoals PEDOT:PSS, een in de handel verkrijgbaar geleidend polymeer dat tot nu toe is gebruikt op het gebied van tissue engineering. , « verklaarde hoofdauteur Aleksandra Serafin, een Ph.D. kandidaat in de Bernal en aan de Faculteit Wetenschappen en Ingenieurswetenschappen van de UL.
“Helaas blijven er ernstige beperkingen bestaan bij het gebruik van het PEDOT:PSS-polymeer in biomedische toepassingen. Het polymeer vertrouwt op de PSS-component om het in water oplosbaar te maken, maar wanneer dit materiaal in het lichaam wordt geïmplanteerd, vertoont het een slechte biocompatibiliteit.
« Dit betekent dat het lichaam bij blootstelling aan dit polymeer potentiële toxische of immunologische reacties heeft, die niet ideaal zijn in een reeds beschadigd weefsel dat we proberen te regenereren. Dit beperkt ernstig welke hydrogelcomponenten met succes kunnen worden opgenomen om geleidende steigers te creëren, « voegde ze eraan toe.
In het onderzoek werden nieuwe PEDOT-nanodeeltjes (NP’s) ontwikkeld om deze beperking te overwinnen. Synthese van geleidende PEDOT NP’s maakt de op maat gemaakte modificatie van het oppervlak van de NP’s mogelijk om de gewenste celrespons te bereiken en de variabiliteit te vergroten waarvan hydrogelcomponenten kunnen worden opgenomen, zonder de vereiste aanwezigheid van PSS voor oplosbaarheid in water.
In dit werk hybride biomaterialen bestaande uit gelatine en immunomodulerende hyaluronzuur acid, een materiaal dat professor Collins gedurende vele jaren aan de UL heeft ontwikkeld, werden gecombineerd met de ontwikkelde nieuwe PEDOT NP’s om biocompatibele elektrisch geleidende scaffolds te creëren voor gericht herstel van ruggenmergletsel.
Een volledige studie van de structuur, eigenschappen en functierelaties van deze nauwkeurig ontworpen steigers voor optimale prestaties op de plaats van de verwonding werd uitgevoerd, inclusief in-vivo onderzoek met modellen voor ruggenmergletsel bij ratten, uitgevoerd door mevrouw Serafin tijdens een Fulbright-onderzoeksuitwisseling met de University of California San Diego Neuroscience Department, die een partner was in het project.
« De introductie van de PEDOT NP’s in het biomateriaal verhoogde de geleidbaarheid van monsters. Bovendien zouden de mechanische eigenschappen van geïmplanteerde materialen het weefsel van belang moeten nabootsen in weefselmanipulatiestrategieën, waarbij de ontwikkelde PEDOT NP-steigers overeenkomen met de mechanische waarden van het oorspronkelijke ruggenmerg, « legden de onderzoekers uit.
Biologische reacties op de ontwikkelde PEDOT NP-scaffolds werden bestudeerd met stamcellen in vitro en in diermodellen van ruggenmergletsel in vivo. Er werden uitstekende hechting van stamcellen en groei op de steigers waargenomen, meldden ze.
Testen toonden een grotere axonale celmigratie aan naar de plaats van ruggenmergletsel, waarin de PEDOT NP-steiger was geïmplanteerd, evenals lagere niveaus van littekens en ontstekingen dan in het letselmodel dat geen scaffold had, volgens de studie.
Over het algemeen tonen deze resultaten het potentieel van deze materialen voor herstel van het ruggenmerg, zegt het onderzoeksteam.
»De impact die een dwarslaesie heeft op het leven van een patiënt is niet alleen fysiek, maar ook psychologisch, aangezien het de geestelijke gezondheid van de patiënt ernstig kan aantasten, met als gevolg een verhoogde incidentie van depressie, stress of angst », legt mevr. Serafin uit.
“Door ruggenmergletsel te behandelen, kan de patiënt niet alleen weer lopen of bewegen, maar kan hij zijn leven ten volle benutten, wat projecten zoals deze zo belangrijk maakt voor de onderzoeks- en medische gemeenschap. Bovendien zal de algehele maatschappelijke impact van het bieden van een effectieve behandeling van ruggenmergletsels leiden tot een verlaging van de zorgkosten die gepaard gaan met de behandeling van patiënten.
“Deze resultaten bieden bemoedigende vooruitzichten voor patiënten en verder onderzoek op dit gebied is gepland.
“Studies hebben aangetoond dat de prikkelbaarheidsdrempel van motorneuronen aan het distale uiteinde van een dwarslaesie meestal hoger is. Een toekomstig project zal het ontwerp van de scaffold verder verbeteren en geleidbaarheidsgradiënten in de scaffold creëren, waarbij de geleidbaarheid toeneemt naar het distale uiteinde van de laesie om neuronen verder te stimuleren om te regenereren, « voegde ze eraan toe.
Referentie: « Electroconductive PEDOT Nanoparticle Integrated Scaffolds for Spinal Cord Tissue Repair » door Aleksandra Serafin, Mario Culebras Rubio, Marta Carsi, Pilar Ortiz-Serna, Maria J. Sanchis, Atul K. Garg, J. Miguel Oliveira, Jacob Koffler en Maurice N .Collins, 22 november 2022, Onderzoek naar biomaterialen.
DOI: 10.1186/s40824-022-00310-5
Dit project werd gefinancierd door de Irish Research Council in samenwerking met Johnson & Johnson en de Irish Fulbright Association, wat een onderzoeksuitwisseling met de University of California San Diego mogelijk maakte. Ook de faculteit Science and Engineering en het Health Research Institute van de UB boden ondersteuning.
