Zvětšit obrázek

Stavba neuronu. Při přerušení axonu část od místa poškození po nervové zakončení odumře, část vedoucí od těla buňky roste a alespoň částečně regeneruje a původní funkci.

Při mnoha vážných poraněních může dojít k porušení, nebo úplnému přerušení periferních nervů. Následkem je ztráta pohyblivosti a citlivosti v místě inervace. Nervové výběžky – axony se naštěstí dokážou regenerovat. I když část axonu od místa poranění k nervovému zakončení odumře, jeho „bližší“ část, která má funkční spojení s mateřskou nervovou buňkou, dokáže dorůstat rychlostí 1 až 2 mm denně a tak postupně zregenerovat celé nervové propojení. Pokud ale ví kudy a kam dorůstat má.

Když přerušení nervu je „úzké“, způsobené například řeznou ránou, pak se vnější myelinové vrstvy obou konců nervu velice pečlivě sešijí a regenerující se axon prorůstá svou přirozenou vodící trubičkou opět na místo původního působení. V případě větších trhlin se ale oba konce přerušeného nervu musí vhodně přemostit. Může se použít část jiného nervu, ale to si vyžaduje další operaci, která může místo odběru poškodit. Proto se v současnosti používají umělé transplantáty v podobě tenkých kolagenových trubiček.

Zvětšit obrázek

Tým mladých vědců Výzkumného centra pro konstrukční biomateriály Washingtonské university. Šéfka Miqin Zhangová je uprostřed první řady. (Kdo zabezpečuje vědeckou prestiž USA?)
Kredit: University of Washington

Kolagen je nejdůležitější bílkovinou pojivových tkáni a u savců tvoří 25 až 35 procent ze všech tělních proteinů. Pro potravinářské, kosmetické i lékařské účely se používá kolagen z tkání mladého skotu, pro chirurgii i kolagen prasečí. I když v těle, ve svém přirozeném prostředí je v kombinaci s dalšími bílkovinami kolagen pružný a pevný, jeho z tkání extrahovaná a vyčištěná forma takové ideální vlastnosti již nemá. Kolagenový implantát je mnohem křehčí, málo odolný vůči mechanickému poškození. Navíc jako cizorodá bílkovina může vyvolat imunitní reakci. Proto se ve vědeckých laboratořích hledají jiné materiály, vhodné na použití v chirurgii.

Jedním z takových pracovišť je i Výzkumné centrum pro konstrukční biomateriály Washingtonské university, kterému šéfuje profesorka Miqin Zhangová. Už léta zkoumá vlastnosti kombinovaných materiálů, jako například směs chitosan-heparin, nebo chitosan-kolagen, a jejich možnost využití pro medicínské účely.

Zvětšit obrázek

Na levém obrázku je detail nanometre tenkých spletených vláken chitosanu a polyesteru polykaprolaktonu.
Střední snímek zobrazuje nervovou buňku rostoucí na výsledném pletivu, které se podobá vláknité pojivové tělní tkáni.
Vpravo je průřez umělé vodící hadičky. Šipky směrují na místa, kde se nervové buňky již na jejím vnitřním i vnějším povrchu zachytili.
Kredit: University of Washington

V nejnovějším vydání časopisu Advanced Materials vyšel článek Zhangovej týmu o novém směsném materiálu, který tvoří tkanina z mikroskopicky tenkých vláken chitosanu a biodegradovatelného druhu polyesteru, polykaprolaktonu, který se používá například i na výrobu vstřebatelné chirurgické nitě – catgutu. Chitosan je polysacharid, který se získává odbouráním acetylové skupiny z chitínu (polyméru N-acetyl-D-glukosaminu). Chytín je hlavní stavební látkou například krunýřů mořských korýšů, či krovek a křídel hmyzu. Kombinací polyesteru a chitosanu  vědci získali slibný kompozitní materiál pro tenké trubičky, nebo spíš ohebné hadičky, které lze při chirurgických operacích přerušených nervů použít jako propojovací můstky. Ty provedou regenerující a dorůstající část axonu přes poraněnou oblast do další neporušené části nervu.

Zvětšit obrázek

Chitín a chitosan mají stejnou chemickou strukturu. Chitín tvoří lineární řetězce acetylglukosaminových skupin. Chitosan vznikne odstraněním acetylových skupin (CH3-CO).
Kredit: altakitin

Testy prokázaly, že pro tento účel má nový hybridní materiál lepší vlastnosti, než dosud používaný čistý kolagen. A to musí splňovat velmi přísné podmínky. Protože se zavádí do lidského těla, musí být biokompatibilní, tedy nesmí vyvolávat alergickou reakci, musí být po dostatečně dlouhou dobu stabilní, odolný vůči deformacím a mechanické destrukci a samozřejmě dostatečně ohebný, plastický a měkký, aby ho chirurgové mohli přišít k poškozeným nervům. Polykaprolakton sice pevný je, ale pro spojovací nervový implantát samotný nestačí, protože má vodoodpudivý povrch, což není vhodný podklad pro růst buněk. Druhá složka, chitosan, je poměrně lehce dostupný, biodegradovatelný, biokompatibilní a má drsnější a pro vodu přilnavější povrch, na který se mohou dorůstající buňky přichytit. Také však nejde použít samotný, protože ve vlhku nabobtnává a jeho pevnost klesá. Možná proto jej „kreativní“ trh s výživovými doplňky nabízí ve formě kapslí jako pohlcovač tuků v žaludku, prostředek na hubnutí a snižování cholesterolu. Důvěryhodnost takových tvrzení byla však zpochybněna.

Vědci zkombinovali mikroskopicky tenká vlákna polykaprolaktonu a chitosanu. Nejdříve se z obou materiálů pomocí takzvaného elektrostatického zvlákňování vytáhnou několik nanometrů, tedy milióntin milimetru tenké nitě, které se pak velice pečlivě spletou dohromady do struktury podobné pojivové tkáni, jež obklopuje buňky v lidském těle. Takhle to zní jednoduše, ale oba materiály jsou odlišné a není jednoduché je spojovat. Správný mix je však klíčovým faktorem, protože nedokonalosti v spletení představují riziková oslabená místa.

Zvětšit obrázek

Schéma použití propojovací trubičky na přemostění rozsáhlejší trhliny.
Kredit: Bionic Technologies Australia

První laboratorní prototypy chitosan-polyesterových vodících trubek, či spíš ohebných hadiček pro propojení nervových vláken mají průměr 1,5 milimetru a délku od 5 po 15 centimetrů. Vědci jejich vlastnosti porovnávali s vláknami z jiných bio-materiálů: s doposud používaným kolagenem a s polymerem PLGA (polylactic-co-glycolic acid), který se také často používá pro chirurgické účely, protože se po nějakém čase hydrolyticky rozkládá na své, pro tělo přirozené složky – kyseliny mléčnou a glykolovou. (Více o PLGA v článku Lidským kmenovým buňkám pomáhá napravit porušenou míchu vhodné "lešení").

Ze tří zmíněných testovaných tkaniv byla chitosan-polyesterová nejlepší v testu pevnosti, ohebnosti i odolnosti vůči vlhku a suchu. Ve vlhkém prostředí, které nejvíce odpovídá vnitřnímu prostředí těla, bylo nutné v porovnání s jinými materiály použít dvojnásobnou sílu na stlačení průměru vodící hadičky na polovinu, v porovnání s kolagenem musela být vyvinuta dokonce osmkrát vyšší síla. Ale Zhangová pro "svůj" nový materiál předpovídá mnohem nadějnější budoucnost - nejen jako vodící můstek pro poškozená nervové vlákna, ale i jako bio-obvaz na rány, jako materiál pro regeneraci částí srdeční tkáně, pro chirurgické opravy poškozených šlach, vazů, chrupavky, svalů a v řadě dalších medicínských aplikací.

Video – až příliš stručná anatomie nervového systému (v angličtině)

Zdroje: EurekAlert! , Engineered Biomaterials Research Center University of Washington ,
Wikipedia