Крысы снова ходят после прорывного восстановления спинного мозга с помощью 3D-печати

Метод предполагает создание уникального 3D-печатного каркаса для выращенных в лаборатории органов, называемого органоидным скаффолдом, с микроскопическими каналами. Фото: McAlpine Research Group, University of Minnesota

Впервые исследовательская группа из Университета Миннесоты (Твин-Сити) продемонстрировала революционный процесс, сочетающий 3D-печать, биологию стволовых клеток и выращенные в лаборатории ткани для восстановления после травм спинного мозга.

Исследование было недавно опубликовано в рецензируемом научном журнале Advanced Healthcare Materials.

Согласно данным Национального статистического центра травм спинного мозга, более 300 000 человек в США страдают от травм спинного мозга, однако до сих пор не существует способа полностью обратить вспять повреждения и паралич, вызванные травмой. Основная проблема заключается в гибели нервных клеток и неспособности нервных волокон отрастать через место повреждения. Это новое исследование решает данную проблему напрямую.

Метод предполагает создание уникального 3D-печатного каркаса для выращенных в лаборатории органов, называемого органоидным скаффолдом, с микроскопическими каналами. Эти каналы затем заселяются регионально-специфичными спинальными нейральными клетками-предшественниками (sNPCs) — клетками, полученными из взрослых стволовых клеток человека, которые обладают способностью делиться и дифференцироваться в специфические типы зрелых клеток.

«Мы используем 3D-печатные каналы скаффолда, чтобы направлять рост стволовых клеток, что гарантирует рост новых нервных волокон в нужном направлении, — сказал Губум Хан, бывший постдокторант кафедры машиностроения Университета Миннесоты и первый автор статьи, который в настоящее время работает в корпорации Intel. — Этот метод создает релейную систему, которая при размещении в спинном мозге обходит поврежденный участок».

В своем исследовании ученые трансплантировали эти каркасы крысам с полностью перерезанными спинными мозгами. Клетки успешно дифференцировались в нейроны и протянули свои нервные волокна в обоих направлениях — ростральном (к голове) и каудальном (к хвосту) — чтобы сформировать новые связи с существующими нервными цепями хозяина.

Со временем новые нервные клетки бесшовно интегрировались в ткань спинного мозга хозяина, что привело к значительному функциональному восстановлению у крыс.

«Регенеративная медицина открыла новую эру в исследованиях травм спинного мозга, — сказала Энн Парр, профессор нейрохирургии Университета Миннесоты. — Наша лаборатория с энтузиазмом изучает будущий потенциал наших "мини-спинных мозгов" для клинического применения».

Хотя исследование находится на начальной стадии, оно открывает новые горизонты надежды для людей с травмами спинного мозга. Команда надеется масштабировать производство и продолжать развивать эту комбинацию технологий для будущих клинических применений.

Помимо Хана и Парр, в команду вошли Хёнджун Ким и Майкл Макэлпайн из отделения машиностроения Университета Миннесоты; Николас С. Лавуа, Нандадеви Патил и Оливия Г. Коренфельд из отделения нейрохирургии Университета Миннесоты; Мануэль Эсгерра из отделения нейронаук Университета Миннесоты; и Дэха Джоунг из отделения физики Университета Содружества Виргинии.

Работа финансировалась Национальными институтами здравоохранения, Грантовой программой штата Миннесота по исследованиям травм спинного мозга и черепно-мозговых травм, а также Обществом спинного мозга.

Прочитать полную статью под названием «3D-печатные скаффолды способствуют усиленному формированию спинальных органоидов для использования при травмах спинного мозга» можно на сайте Advanced Healthcare Materials.