211service.com
Práce na opravu nervů
V laboratoři na University of Pennsylvania obsahuje plastová miska dvě řady malých černých teček, z nichž páry jsou spojeny desítkami tenkých, vlasových vláken. Každá tečka je shluk tisíců neuronů, vysvětluje Douglas Smith, který je profesorem neurochirurgie a ředitelem Penn's Center for Brain Injury and Repair. Vlákna, která se mezi nimi táhnou, ve skutečnosti obsahují tisíce axonů, dlouhých štíhlých výběžků, které odvádějí elektrické impulsy pryč z centrálního těla každého neuronu. Tyto svazky – každý z nich je laboratorně vytvořený nerv – představují fyzické mosty, o kterých Smith doufá, že pomohou výzkumníkům, jako je on, opravit dříve nenapravitelná zranění.
Profesor neurochirurgie Douglas Smith na Pensylvánském centru pro poranění a opravy mozku používá mechanické napětí k urychlení růstu implantátů, které, jak doufá, opraví poškození nervů.
Když jsou části nervů v těle přerušeny nebo rozdrceny, zemřou. Nervy se sice dokážou regenerovat, ale dělají to ledovcovým tempem asi jeden milimetr za den. A je tu další háček: jak nové axony rostou, potřebují původní nervovou pochvu – ochrannou membránu složenou z několika různých druhů buněk – aby je navedla do oblasti, která ztratila funkci. Tato pochva se začne rozpadat asi po třech měsících, aniž by v ní byl živý nerv. Je to závod s časem, říká Smith. Nerv přerušený řekněme v zápěstí může překlenout krátkou vzdálenost k ruce a včas se zahojit, aby se obnovila funkce. Pokud by se však tentýž nerv přeřízl v blízkosti ramene, osoba by téměř jistě ztratila plnou možnost používat tuto ruku, protože nový výrůstek by nedosáhl ruky dříve, než by pochva odumřela.
Tento příběh byl součástí našeho vydání z ledna 2010
- Viz zbytek čísla
- předplatit
Ani ty nejpokročilejší experimentální techniky nebyly schopny obnovit nervovou funkci na místa daleko od poranění. Smith si myslel, že by mohl usnadnit rychlou regeneraci nervů tím, že použije v laboratoři vypěstované nervy jako jakési lešení, které by lékaři mohli umístit tam, kde pacientovi odumřel nerv. Přestože by implantovaný nerv sám nepřenášel signály, přítomnost živé tkáně by mohla vést regenerující se nerv těla zpět k místu poranění, přičemž by odloučená nervová pochva zůstala neporušená.
Aby přiměl upravené nervy, aby vyrostly dostatečně dlouhé, aby překlenuly poraněnou oblast v době, kdy byly transplantovány, použil mírné, postupně se zvyšující fyzické napětí; tento proces, jak zjistil, povzbudil nervy, aby rostly téměř 100krát rychleji, než vědci věřili, že je to možné. A nervy se nejen prodloužily, ale také zesílily, zřejmě proto, že se v reakci na napětí tvoří další proteiny. Smith a jeho tým zavedli tyto upravené nervy do krys, kterým byla vyříznuta část nervů na nohou. Během čtyř měsíců, kdy se přirozené nervy začaly v tělech potkanů regenerovat, pomohly transplantace vést tyto nervy přes propast a úspěšně obnovit funkci nohou potkanů.
Protahování To
Aby mohli provést transplantaci dlouhých nervů, Smith a jeho tým nejprve shromáždí senzorické neurony – buňky, které přenášejí informace do mozku – z míchy plodů potkanů. Výzkumný technik Kevin Browne poté pipetuje želatinový růžový protein zvaný kolagen na dva sousední filmy ve speciálně postavené komoře. Velikostí asi jako krabice od bot, je v ní umístěn protahovací přístroj tvořený vertikálním blokem připevněným na kovových tyčích. Jedna z malých čirých fólií, nazývaná tažná membrána, je na jednom konci zavěšena na bloku a zakřivuje se až téměř k základně komory, kde překrývá druhou membránu. Browne umístí jednu sadu neuronů do kolagenu na tažnou membránu a další na spodní membránu. V tomto okamžiku jsou obě skupiny od sebe vzdáleny méně než 100 mikrometrů – na šířku dvou vlasů. Celé zařízení vloží do hučícího inkubátoru, který běží při 37 °C a napodobuje vnitřní teplotu krysy.
Další den Browne nakape roztok enzymů a jiných proteinů na membrány pomocí pipety; řešení povzbudí neurony, aby vyrašily axony. Pomalu se axon z jednoho neuronu natáhne a vytvoří synaptické spojení s neuronem přes cestu. Asi po pěti dnech se axony bezpečně spojily se svými sousedními neurony a Browne připojil tyče komory k motoru řízenému počítačem. Motor odtahuje tažnou membránu od spodní membrány různou rychlostí, která byla určena metodou pokusu a omylu.
Po asi třech až pěti dnech postupného zvyšování napětí může tým začít protahovat axony rychlostí jednoho centimetru za den (zhruba 100krát rychleji, než jaká regenerační nervy rostou v těle), i když kratší transplantáty lze natahovat pomaleji. .
Opravárenské práce
Asi po týdnu pomalého natahování Browne vytáhne prodlužovací box z inkubátoru. Pomocí pipety přidá na buňky další kolagen, který působí jako měkké lepidlo. Potom sroluje nervová vlákna a připojené neurony z filmů. Pomocí mikroskopických kleští Browne upustí nový nerv, nyní asi centimetr dlouhý, do slámové trubice, která byla podélně rozdělena. Trubice, vyrobená z biologicky odbouratelného materiálu, který se rozpouští uvnitř těla, slouží jako syntetická nervová pochva. Browne jej zašije nebo přilepí bezpečně s nervem uvnitř.
V počátečních experimentech, jejichž cílem bylo otestovat schopnost transplantátu opravit poranění nervů, Smith odstraní asi centimetr krysího sedacího nervu, který prochází hýžděmi a po zadní straně každé nohy až ke kotníku a chodidlu a přenáší zprávy z míchy do různé svaly nohou. Poté umístí trubici do prostoru, kde byl nerv. Pomocí kleští jemně zatlačí pahýl pouzdra sedacího nervu krysy do každého konce trubice a utěsní ji fibrinovým lepidlem. Bez implantátu na místě by část nervové pochvy pod řezem degenerovala a krysa by ztratila pohyb v této noze. Nervy vypěstované v laboratoři poskytují živou cestu pro regeneraci, povzbuzují vlastní motorické neurony krysy k růstu správným směrem a udržují pochvu naživu.
Smith říká, že v testech provedených na více než 40 krysách dosáhla jeho skupina téměř 100% úspěchu při obnově schopnosti zvířat chodit. Když vědci pitvali tyto krysy, zjistili, že z jejich míchy vyrostly nové axony a propletly se s transplantovanými nervy. Neurony uvnitř trubic také způsobily vznik nových axonů, které vyčnívaly z trubice v obou směrech a dále se mísily s vlastními regenerujícími axony krys.
Smith a jeho tým si myslí, že delší nervové implantáty by mohly pomoci opravit rozsáhlejší zranění; zatím nejdelší nerv, který jim vyrostl, měří přibližně 10 centimetrů. Prokázali také, že proces natahování funguje na lidské neurony od dárců orgánů. Smith doufá, že v příštích dvou letech začne testovat implantáty pocházející z člověka u pacientů s poraněním nervů.