Инновационные технологии лечения травм спинного мозга

ГОУ ДПО «Казанская государственная медицинская академия Федерального агентства по здравоохранению и социальному развитию»:

Частота возникновения этого вида травмы в разных странах колеблется от 11 до 112 человек на 100 000 жителей, а последствия ее проявляются вялым или спастическим параличом, в лучшем случае парезом конечностей и дисфункцией тазовых органов. 

Известно, что в настоящее время повреждение спинного мозга часто не поддается лечению. В этих случаях травма спинного мозга на всю жизнь приковывает человека к инвалидному креслу. Причиной является быстрое образование рубца из  соединительной ткани, который служит границей между поврежденными и неповрежденными нервами, проходящими вдоль спинного мозга. Образующийся рубец препятствует росту нервов и восстановлению функции спинного мозга. Для ее восстановления необходимо  воспрепятствовать возникновению рубца и заполнить пространство между поврежденными и неповрежденными нервными волокнами. Идеология лечения таких пов-реждений основана на том, что для роста клеток, их движения необходимы «рельсы», по которым они направленно будут расти.  В качестве «рельсов» могут использоваться  искусственно созданные биоматериалы с заданными функциями. Помещенный на место дефекта, такой материал должен временно участвовать в процессе регенерации, давая платформу, на которой  будет происходить  запускаемое клетками  ремоделирование, а также подвергнуться биодеградации, чтобы уступить место регенерирующейся ткани.

 

Еще 10-15 лет назад существовало общепринятое мнение о неспособности нервной ткани к регенерации. Однако с тех пор были проведены исследования, которые доказали способность нейронов, в том числе и центральных, к регенерации своих аксонов, которая не происходит из-за торможения спрутинга вследствие включения программы синтеза блокаторов роста аксонов и торможения синтеза нейротрофических факторов. Таким образом, была показана принципиальная возможность создания условий для регенерации нервной ткани, в том числе и при травматических повреждениях  спинного мозга.

 

В основе регенерации любой ткани лежит способность клеточных элементов к делению, дифференцировке и движению. Однако когда клетки находятся в свободном состоянии, они лишены этой способности и нуждаются в опорной среде, функцию которой в организме выполняет межклеточный матрикс. Структура межклеточного матрикса довольно сложна по составу. Основными его компонентами являются коллагены, протеогликаны и гликопротеины – фибронектин, ламинин и молекулы клеточной адгезии, которые обеспечивают межклеточное взаимодействие независимое от кальция. В свою очередь, клетки имеют рецепторный аппарат: семейство молекул клеточной адгезии – интегрины, которые обладают высоким сродством к фибронектину и ламинину и регулируют подвижность и дифференцировку клеток. Эти функции клетка осуществляет после связывания интегринов с гликопротеинами, кластеризации интегринов и связывания с внутриклеточными актиновыми микрофиламентами. В свою очередь, фибронектин и ламинин приобретают высокое сродство к интегринам, находясь в связанном с коллагеном состоянии (рис. 1. Механизм взаимодействия мембраны клетки с межклеточным матриксом и цитоскелетом через трансмембранные интегриновые рецепторы).

 

 

Клетки в организме под влиянием различных сигналов, роль которых играют медиаторные системы, могут переключаться с одной программы на другую – начать или прекратить деление и движение, дифференцироваться в более специализированные клетки или включать программу апоптоза (самоубийства). Для того чтобы не включалась программа апоптоза, клетка должна приобрести свой «дом» – подвергнуться хоумингу. Другими словами, получить стены и все, что необходимо для жизни. Это, в первую очередь, синтетический аналог внеклеточного матрикса в виде мягкого гидрогеля и питательной среды, содержащей, помимо источника энергии, кислорода и необходимых ионов, еще и стимуляторы роста. Возможно также для создания оптимальных условий явится необходимым присутствие «родственников» – клеточного окружения из близкородственных, слабо дифференцированных клеток и, возможно, стволовых клеток. Не исключено, что для создания депо нейротрофических факторов и более легкого их проникновения в клетки потребуется создать технологию наноразмерных липосом, содержащих их.

 

И если для регенерации паренхиматозных органов достаточно спонтанно самоорганизованного трехмерного искусственного внеклеточного матрикса (рис. 2. Структура геля коллагена), то для регенерации нервной ткани необходим продольно ориентированный трехмерный биодеградируемый гель для того, чтобы дистальный и проксимальных концы разорванных аксонов могли встретиться друг с другом. Процесс перехода молекулярного раствора из золя в гель (это касается всех самополимеризующихся макромолекул) происходит в несколько фаз, которые подчиняются всеобщему закону геометрии фракталов. Сначала образуются надмолекулярные наноразмерные структуры, затем происходит полимеризация этих структур в более крупные, после этого в более и более крупные до тех пор, пока не произойдет формирование геля. При этом размер ячеек свободного пространства (пор) в этой сформировавшейся структуре зависит от валентности самих макромолекул, от их топологии, химического состава среды, в которой происходит самосборка, а также скорости процесса, зависящей от концентрации мономера, от температуры и наличия в среде катализаторов самополимеризации. В качестве примера можно привести фрактальную структуру геля фибрина, выявляемую при удалении водной фазы при обычной микроскопии (рис. 3. Фрактальная геометрия геля фибрина).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Помимо создания гидрогелевой структуры из самополимеризующихся макромолекул, существует вопрос   технологии получения аутологичных (для исключения иммунологического конфликта в регенерирующейся ткани) фибронектина и ламинина или синтетических его фрагментов, специ-фически связывающихся с интегриновыми рецепторами.

 

Таким образом, можно с уверенность заявить, что проблема создания продольно ориентированных самополимеризующихся гидрогелей для регенерации нервной ткани может быть успешно решена в обозримом будущем.

 

 

Источник: журнал «Нанотехнологии Экология Производство»