Почему травмы мозга так сложно лечить
Главная проблема при повреждениях центральной нервной системы — нейроны практически не восстанавливаются самостоятельно. После черепно-мозговой травмы ситуацию осложняют вторичные процессы: острое нейровоспаление, окислительный стресс и митохондриальная дисфункция. Они не только мешают регенерации, но и разрушают здоровые ткани вокруг очага поражения.
Существующие подходы обычно нацелены на что-то одно — либо на стимуляцию миграции стволовых клеток в зону повреждения, либо на подавление воспаления. Томские учёные предложили решение, которое работает сразу по двум направлениям.
Как устроен материал
Ключевой элемент разработки — магнитоэлектрические наночастицы со структурой «ядро — оболочка». Магнитное ядро выполнено из феррита марганца, а покрытие представляет собой перовскитную пьезоэлектрическую оболочку. При воздействии переменного магнитного поля ядро слегка деформируется за счёт магнитострикции, механическое напряжение передаётся оболочке, и та поляризуется благодаря пьезоэлектрическому эффекту. Так внешнее магнитное поле бесконтактно генерирует локальные электрические сигналы.
Эти наночастицы учёные совместно с коллегами из Сычуаньского университета заключили в гидрогелевую матрицу на основе коллагена, гиалуроновой кислоты и метформина. Гель выполняет сразу несколько функций: доставляет частицы и лекарство пролонгированно прямо в целевую зону, механически поддерживает повреждённый участок и оказывает противовоспалительное действие.
Двойной эффект подтверждён экспериментально
Как пояснил один из авторов исследования, доцент Исследовательской школы химических и биомедицинских технологий ТПУ Роман Чернозем, потребность в комплексных решениях продиктована самой природой травмы — нужно одновременно восстанавливать нейронные связи и бороться с воспалением.
Тесты показали: без магнитоэлектрических наночастиц магнитная стимуляция не запускает направленное превращение нервных стволовых клеток в нейроны. Именно преобразование внешнего магнитного поля в электрические сигналы стимулирует формирование новой нейронной ткани. А гидрогелевая матрица с метформином защищает здоровые клетки и обеспечивает пролонгированную доставку компонентов.
Директор международного научно-исследовательского центра «Пьезо- и магнитоэлектрические материалы» ТПУ Роман Сурменев отметил, что лабораторные эксперименты на животных зафиксировали восстановление пространственной ориентации и памяти.
Что дальше
Авторы продолжат исследовать влияние различных параметров магнитной стимуляции и концентрации препаратов в гидрогеле на итоговый результат терапии. Цель — подобрать наиболее эффективные комбинации для лечения черепно-мозговых травм.
Кто участвовал в проекте
В работе приняли участие сотрудники Исследовательской школы химических и биомедицинских технологий ТПУ, Института катализа им. Борескова РАН, Центра био- и медицинских технологий Сколтеха, Научного центра фундаментальных и прикладных исследований в области биомедицины LIFT (Москва), Томского госуниверситета и Сычуаньского университета из Китая.
Значение для абитуриентов
Новость демонстрирует уровень исследовательской базы Томского политехнического университета и его вовлечённость в международные научные проекты на стыке химии, биомедицины и материаловедения. Абитуриентам, рассматривающим направления, связанные с биомедицинскими технологиями, химией и биоинженерией, стоит обратить внимание на ТПУ: университет даёт возможность участвовать в передовых разработках с реальным выходом в клиническую практику. При поступлении имеет смысл изучить программы Исследовательской школы химических и биомедицинских технологий и уточнить проходные баллы на официальном сайте вуза.
Частые вопросы
Что именно разработали учёные ТПУ?
Гидрогель с магнитоэлектрическими наночастицами, который под действием магнитного поля стимулирует рост нейронов и одновременно снимает воспаление.
На какой стадии находится разработка?
Материал прошёл успешные лабораторные испытания на животных — зафиксировано восстановление памяти и пространственной ориентации. До клинического применения ещё далеко.
Какие организации участвовали в исследовании?
ТПУ, Институт катализа им. Борескова РАН, Сколтех, центр LIFT (Москва), Томский госуниверситет и Сычуаньский университет (Китай).
