15:00 
Исследовательская группа из ETH Zurich и Цюрихского университета (UZH) разработала новый подход к лечению травм спинного мозга: управляемые микророботы доставляют стволовые клетки непосредственно к месту травмы, где они способствуют регенерации нервных клеток. В экспериментах на животных этот подход значительно улучшил мобильность.
Травмы спинного мозга могут иметь разрушительные последствия для пострадавших. Нервные клетки спинного мозга редко регенерируют естественным путем, а рубцевание часто препятствует возобновлению роста нервных волокон. Современные методы лечения пытаются воздействовать на имплантированные стволовые клетки с помощью электрической стимуляции, чтобы способствовать росту новых нервных клеток. У этого подхода есть несколько недостатков: он требует имплантированных электродов, а трансплантированные клетки не всегда выживают или должным образом интегрируются в существующую ткань.
Умное сочетание клеток и наночастиц
Исследователи из Цюриха реализуют новый подход, который они опубликовали в журнале Nature Materials. Это предполагает объединение терапевтических стволовых клеток с магнитоэлектрическими наночастицами таким образом, чтобы клетки можно было направлять с помощью магнита к точному месту повреждения и стимулировать стволовые клетки для ускорения восстановления.
Для достижения этой цели исследователи создали биогибридного микроробота, который сочетает в себе живые нейронные клетки-предшественники (NPC) с техническим компонентом в виде специально сконструированных наночастиц. NPC получены из индуцированных плюрипотентных стволовых клеток (iPS-клеток), которые представляют собой обычные клетки организма, перепрограммированные в лаборатории для восстановления свойств стволовых клеток. Эти iPS-клетки обладают потенциалом дифференцироваться в различные типы клеток нервной системы.
Наночастицы состоят из двух слоев: внутреннего слоя, который реагирует на магнитные поля, и внешнего слоя, который преобразует этот ответ в электрические сигналы. Объединив эти специальные наночастицы с клетками-предшественниками, исследователи создают так называемых NPC-ботов.
Лаборатория размером с чип
Исследователи создают NPC-ботов в специализированных лабораториях на поверхности площадью один квадратный сантиметр. Этот процесс можно проиллюстрировать графически.
Мы размещаем в центре резервуар, в котором задерживаем клетки. Затем мы вводим наночастицы и ждем, пока два компонента свяжутся».
Профессор Сальвадор Пане-и-Видаль из Лаборатории многомасштабной робототехники ETH Zurich
Всего через тридцать минут NPC-боты – каждый размером около шести микрометров – готовы к использованию. «Для масштабирования производства мы параллельно используем несколько систем «лаборатория на кристалле», – объясняет Хао Йе, старший научный сотрудник и первый автор исследования. В зависимости от рассматриваемого теста, исследователям ETH нужны сотни тысяч микророботов для исследований на клетках и несколько миллионов для экспериментов на животных.
Травмированные рыбки данио снова плавают
Команда протестировала роботов NPC на личинках рыбок данио с травмами спинного мозга, и для Пане Видаля командная работа была жизненно важна. об успехе эксперимента: «Стефан Нойхаус и Цзинцзин Занг из Цюрихского университета проделали чрезвычайно ценную работу. Они позволили нам продемонстрировать на хорошо изученной регенеративной модельной системе, как быстро дифференцируются клетки с помощью нашего метода и как наши боты восстанавливают спинной мозг». Всего за три дня рыбки данио продемонстрировали почти нормальное плавательное и исследовательское поведение.
Исследователи также протестировали NPC-ботов на мышах с полностью разорванным спинным мозгом. И здесь результаты были очень многообещающими: через 28 дней нервные клетки животных снова соединились в месте повреждения. В течение этого периода у обработанных мышей наблюдались более нормальные модели движений — их походка, длина шага, координация и исследовательское поведение значительно улучшились.
Этот результат особенно важен, поскольку, в отличие от рыбок данио, спинной мозг мыши обычно не регенерирует, животные хорошо переносили лечение, без каких-либо побочных эффектов или иммунных реакций.
Эти успехи были достигнуты благодаря минимально инвазивной стимуляции.
Эти успехи были достигнуты. Это возможно благодаря электрической стимуляции стволовых клеток, что значительно усиливает их дифференцировку после трансплантации. В этом процессе наночастицы преобразуют магнитные сигналы непосредственно в электрические импульсы, которые стимулируют определенные стволовые клетки. При использовании NPC-ботов исследователям нужно только применять внешние магнитные поля вокруг места повреждения, что устраняет необходимость в имплантации электродов или кабелей в предыдущих подходах. Это очень важно, поскольку спинной мозг чрезвычайно чувствителен. «Микророботное управление делает лечение более точным и минимально инвазивным», - объясняет Хао.
Магнитные поля особенно важны. хорошо подходят для стимуляции стволовых клеток, поскольку они легко проникают в ткани, а их частота и сила поля могут гибко регулироваться в зависимости от конкретного применения.
