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Nervi rigeneranti
Il corpo umano può essere straordinariamente resistente: le ferite guariscono, le ossa guariscono, i legamenti ricrescono insieme. Ma il recupero da un danno ai nervi è molto meno affidabile. Nell'ultimo numero di Materiale avanzato , i ricercatori Christiane Gumera e Yadong Wang del Georgia Institute of Technology hanno annunciato di aver attivato la ricrescita delle cellule nervose utilizzando un polimero rivestito con strutture chimiche che ricordano l'acetilcolina, un comune neurotrasmettitore. La ricerca, che è la prima a combinare un neurotrasmettitore e un polimero, potrebbe un giorno portare a trattamenti per malattie neurodegenerative e lesioni del midollo spinale.
Nervi infermieristici: Christiane Gumera e Yadong Wang della Georgia Tech (in alto) osservano neuroni colorati cresciuti su un polimero allacciato con strutture chimiche che ricordano il neurotrasmettitore acetilcolina. Il polimero stimola la crescita delle proiezioni portatrici di informazioni dei neuroni, note come neuriti (sotto).
Molte persone hanno svolto lavori sui biopolimeri, afferma Christine Schmidt, ingegnere biomedico presso l'Università del Texas ad Austin. Ma questo dimostra che un polimero con un neurotrasmettitore può essere usato per guidare la crescita nel sistema nervoso.
Ricerche precedenti hanno identificato diversi agenti in grado di stimolare la ricrescita delle cellule nervose, o neuroni, una proteina chiamata laminina in primis. Ma la laminina è solubile in acqua e si dissolve rapidamente nell'ambiente acquoso del corpo. Il materiale dei ricercatori della Georgia Tech ha funzionato bene come la laminina, ma poiché è insolubile in acqua, è più probabile che rimanga in posizione se inserita nel corpo di un paziente e potrebbe stimolare la crescita delle cellule nervose per settimane anziché giorni.
L'acetilcolina, il neurotrasmettitore su cui si sono concentrati i ricercatori, è uno dei più comuni. Come tutti i neurotrasmettitori, trasporta, amplifica e modula i segnali inviati tra i neuroni. Da anni è noto che l'acetilcolina stimola la crescita delle proiezioni portatrici di informazioni di un neurone, o neuriti: il trasmettitore solitario e lungo chiamato assone e i numerosi ricevitori brevi chiamati dendriti. Ma gli enzimi del corpo rompono l'acetilcolina meno di un secondo dopo averla rilevata, poiché troppa acetilcolina è tossica e inibisce i neuriti.
Per dare alla loro sostanza chimica simile all'acetilcolina un effetto controllato e a lungo termine, i ricercatori l'hanno attaccata a un materiale che gli enzimi non possono rompere: un poliestere flessibile e biodegradabile. Wang osserva che altri messaggeri chimici possono essere attaccati alla struttura polimerica e che l'intero assemblaggio si rompe dopo diverse settimane.
Wang e Gumera hanno posizionato un piccolo pezzo di nervo di ratto e il tessuto circostante sul polimero e hanno misurato la lunghezza del nervo nei successivi quattro-sei giorni. I neuriti sono cresciuti costantemente per sei giorni, poi hanno cominciato a rallentare. Il neurite più lungo prodotto era lungo più di cinque millimetri, con un tasso di crescita massimo di 0,7 millimetri al giorno.
Wang e Gumera hanno anche testato materiali in cui il loro sostituto dell'acetilcolina, noto come gruppo funzionale simile all'acetilcolina, e il polimero erano combinati in rapporti diversi. La crescita dei neuriti è aumentata con la concentrazione del gruppo funzionale, fino al 70 percento. I materiali con concentrazioni del gruppo funzionale superiori al 70% hanno inibito la crescita dei neuriti. I ricercatori hanno anche testato il polimero contro la laminina, il gold standard per la crescita dei neuriti, secondo Wang, e la crescita dei neuriti indotta da entrambi i materiali era quasi la stessa. Wang prevede di iniziare a lavorare su un polimero con gruppi funzionali che imitano sia l'acetilcolina che la laminina, che spera produrranno un effetto ancora più forte.
Wang sta anche lavorando per fabbricare il polimero in configurazioni che sarebbero più utili dal punto di vista terapeutico. In questo momento abbiamo solo un rivestimento piatto di polimero, dice. Quello che stiamo cercando di fare dopo è trasformare il polimero in nano o submicrofibre. Poiché il polimero è realizzato in poliestere, manipolarlo in altre forme dovrebbe essere una cosa semplice, afferma Schmidt dell'Università del Texas.
Nelle giuste circostanze, i neuroni danneggiati sono in grado di rigenerarsi, ma il tessuto cicatriziale ne inibisce la crescita. Wang, che ha lavorato alla ricerca sui polimeri per più di tre anni, pensa che un giorno i chirurghi potrebbero infilare le fibre di un polimero tempestato di promotori di crescita attraverso il tessuto cicatriziale, guidando i neuriti in un ambiente in cui possono continuare a crescere da soli . Una volta raggiunto l'ambiente giusto, il neurone crescerà molto bene, dice. Basterebbero pochi millimetri di fibra inserita chirurgicamente per superare gli effetti repulsivi del tessuto cicatriziale.
Per curare malattie neurodegenerative come l'Alzheimer, Wang spera di utilizzare il polimero per generare in modo più efficiente neuroni che potrebbero essere trapiantati nei pazienti.
Qualsiasi uso terapeutico del polimero che imita il neurotrasmettitore, tuttavia, è ancora lontano da anni. Progettare nuovi materiali con funzionalità diverse è difficile, afferma Schmidt. Ma questo potrebbe portare a nuovi risultati. C'è molto potenziale.