Nervų taisymo darbai

Pensilvanijos universiteto laboratorijoje plastikiniame inde yra dvi eilės mažų juodų taškelių, jų poros sujungtos dešimtimis plonų, panašių į plaukus gijų. Kiekvienas taškas yra tūkstančių neuronų sankaupa, aiškina Douglasas Smithas, neurochirurgijos profesorius ir Penno smegenų traumų ir taisymo centro direktorius. Skaidulos, besidriekiančios tarp jų, iš tikrųjų susideda iš tūkstančių aksonų, ilgų, plonų projekcijų, kurios nuneša elektrinius impulsus nuo kiekvieno neurono centrinio kūno. Šie ryšuliai (kiekvienas iš jų yra laboratorijoje sukurtas nervas) yra fiziniai tiltai, kurie, tikisi, kad Smithas padės tokiems tyrinėtojams kaip jis ištaisyti anksčiau nepataisomas traumas.

Pensilvanijos universiteto Smegenų traumų ir taisymo centre neurochirurgijos profesorius Douglasas Smithas naudoja mechaninę įtampą, kad paspartintų implantų augimą, kuris, jo manymu, atitaisys nervų pažeidimus.

Kai kūno nervų dalys nutrūksta arba sutraiškomos, jos miršta. Nors nervai gali atsinaujinti, jie tai daro maždaug vieno milimetro per dieną ledynų tempu. Ir yra dar vienas dalykas: augant naujiems aksonams, jiems reikia pradinio nervo apvalkalo – apsauginės membranos, sudarytos iš kelių skirtingų rūšių ląstelių – kad nukreiptų juos į vietą, kuri prarado funkciją. Tas apvalkalas pradeda irti maždaug po trijų mėnesių, kai jame nėra gyvo nervo. Tai lenktynės su laiku, sako Smithas. Nupjautas nervas, tarkime, rieše, gali apimti nedidelį atstumą iki rankos ir laiku sugyti, kad atkurtų funkciją. Tačiau jei tas pats nervas būtų perpjautas šalia peties, žmogus beveik neabejotinai visiškai nenaudotų tos rankos, nes naujas ataugas nepasiektų rankos prieš numirus apvalkalui.

Ši istorija buvo mūsų 2010 m. sausio mėn. numerio dalis

• Žr. likusią numerio dalį
• Prenumeruoti

Netgi pažangiausi eksperimentiniai metodai nesugebėjo atkurti nervų funkcijos toli nuo sužalojimo. Smithas manė, kad jis gali palengvinti greitą nervų regeneraciją, naudodamas laboratorijoje išaugintus nervus kaip savotišką karkasą, kurį gydytojai galėtų pastatyti ten, kur mirė paciento nervas. Nors implantuotas nervas pats signalų neperduotų, gyvo audinio buvimas gali nukreipti organizmo atsinaujinantį nervą atgal į sužalojimo vietą, išlaikant atplėštą nervo apvalkalą.

Kad inžineriniai nervai išaugtų pakankamai ilgi, kad apimtų sužeistą vietą iki tol, kol jie buvo persodinti, jis taikė nedidelę, palaipsniui didinančią fizinę įtampą; Šis procesas, jo teigimu, paskatino nervus augti beveik 100 kartų greičiau, nei tikėjo mokslininkai. Ir nervai ne tik pailgėjo, bet ir sustorėjo, matyt, todėl, kad reaguojant į įtampą susidaro papildomi baltymai. Smithas ir jo komanda pristatė šiuos inžinerinius nervus žiurkėms, kurioms buvo išpjauta dalis kojų nervų. Per keturis mėnesius, kai natūralūs nervai pradėjo atsinaujinti žiurkių kūnuose, transplantacijos padėjo juos nukreipti per bedugnes ir sėkmingai atkūrė žiurkių kojų funkciją.

Jo tempimas
Norėdami atlikti ilgų nervų transplantaciją, Smithas ir jo komanda pirmiausia surenka jutimo neuronus – ląsteles, kurios perduoda informaciją į smegenis – iš žiurkių vaisiaus nugaros smegenų. Mokslinių tyrimų technikas Kevinas Browne'as pipete uždeda želatininį rausvą baltymą, vadinamą kolagenu, ant dviejų gretimų plėvelių specialiai pastatytoje kameroje. Maždaug batų dėžės dydžio joje yra tempimo aparatas, sudarytas iš vertikalaus bloko, pritvirtinto prie metalinių strypų. Viena iš mažų, skaidrių plėvelių, vadinama vilkimo membrana, viename gale yra pakabinta prie bloko ir išlenkta beveik iki kameros pagrindo, kur ji sutampa su antrąja membrana. Browne'as vieną neuronų rinkinį įdeda į kolageną ant vilkimo membranos, o kitą - ant apatinės membranos. Šiuo metu dvi grupės yra mažesnės nei 100 mikrometrų – dviejų plaukelių pločio – vienas nuo kito. Jis sudeda visą sąranką į dūzgiantį inkubatorių, kuris veikia 37 °C temperatūroje, imituodamas žiurkės vidinę temperatūrą.

Kitą dieną Browne pipete lašina fermentų ir kitų baltymų tirpalą ant membranų; tirpalas skatina neuronus dygti aksonus. Lėtai vieno neurono aksonas pasiekia ir sudaro sinapsinį ryšį su neuronu, esančiu skersai kelio. Po maždaug penkių dienų aksonai saugiai prisijungia prie kaimyninių neuronų, o Browne'as kameros strypus pritvirtina prie kompiuteriu valdomo variklio. Variklis tempimo membraną atitraukia nuo apatinės membranos skirtingu greičiu, kuris buvo nustatytas bandymų ir klaidų būdu.

Maždaug po trijų ar penkių dienų palaipsniui didinant įtampą, komanda gali pradėti tempti aksonus net 1 centimetru per dieną (maždaug 100 kartų greičiau, nei auga regeneruojantys nervai kūne), nors trumpesnes transplantacijas galima ištempti lėčiau. .

Remonto darbai
Po maždaug savaitės lėto tempimo Browne'as išima pailginimo dėžutę iš inkubatoriaus. Jis pipete prideda daugiau kolageno, kuris veikia kaip minkšti klijai, ant ląstelių viršaus. Tada jis nuplėšia nervines skaidulas ir pritvirtintus neuronus nuo plėvelių. Mikroskopinėmis žnyplėmis Browne'as numeta naująjį nervą, dabar maždaug centimetro ilgio, į šiaudinį vamzdelį, kuris buvo perskeltas išilgai. Vamzdis, pagamintas iš biologiškai skaidžios medžiagos, kuri tirpsta kūno viduje, tarnauja kaip sintetinis nervo apvalkalas. Browne susiuva arba klijuoja jį saugiai uždarydama nervus viduje.

Pradiniuose eksperimentuose, skirtuose patikrinti transplantato gebėjimą ištaisyti nervų pažeidimus, Smithas pašalina maždaug centimetrą žiurkės sėdmeninio nervo, kuris eina per sėdmenis ir kiekvienos kojos nugarą iki kulkšnies ir pėdos, nešdamas pranešimus iš nugaros smegenų į įvairūs kojų raumenys. Tada jis įdeda vamzdelį į erdvę, kurioje buvo nervas. Naudodamas žnyples, jis švelniai įstumia žiurkės sėdimojo nervo apvalkalo kelmą į kiekvieną vamzdelio galą ir užsandarina fibrino klijais. Neįdėjus implanto, po pjūvio esanti nervo apvalkalo dalis išsigimtų ir žiurkė prarastų judėjimą toje kojoje. Laboratorijoje išauginti nervai suteikia gyvą regeneracijos kelią, skatina žiurkės motorinius neuronus augti tinkama kryptimi ir išlaiko apvalkalą gyvą.

Smithas teigia, kad atliekant bandymus su daugiau nei 40 žiurkių, jo grupei pavyko beveik 100 procentų atkurti gyvūnų gebėjimą vaikščioti. Kai mokslininkai išpjaustė tas žiurkes, jie nustatė, kad iš jų nugaros smegenų išaugo nauji aksonai, kurie susipynė su persodintais nervais. Vamzdžių viduje esantys neuronai taip pat sukėlė naujų aksonų, kurie išsiplėtė iš vamzdelio į abi puses ir toliau susimaišė su žiurkių regeneruojančiais aksonais.

Smithas ir jo komanda mano, kad ilgesni nervų implantai gali padėti ištaisyti didesnius sužalojimus; iki šiol ilgiausias jų išaugintas nervas yra maždaug 10 centimetrų. Jie taip pat parodė, kad tempimo procesas veikia žmogaus neuronus iš organų donorų. Smithas tikisi per ateinančius dvejus metus pradėti bandyti iš žmogaus gautus implantus pacientams, patyrusiems nervų pažeidimus.

paslėpti