Регенерация тканей головного мозга, поврежденных в результате травмы или опухоли, — одна из важнейших задач современной медицины. Гибель клеток, отвечающих за процессы обработки, хранения и передачи информации, повышает риски развития тяжелых неврологических расстройств и нейродегенеративных заболеваний, а также негативно влияет на способности к обучению и запоминанию. Без эффективного лечения пациентам с подобными нарушениями грозит ухудшение здоровья вплоть до инвалидности.

В последние годы перспективным инструментом в этой области являются скаффолды (англ. scaffold – «строительные леса»). Это трехмерные биоактивные матриксы на основе гиалуроновой кислоты. Конструкции поддерживают анатомическую структуру ткани и обеспечивают свободное движение биологических жидкостей в зоне поражения. Постепенно матрица замещается естественной тканью, а добавление специальных белков стимулирует ее рост. Таким образом, уменьшаются повреждения мозга, а функции ранее утраченного участка восстанавливаются.

В ходе исследования биологи Университета Лобачевского выращивали клетки головного мозга на скаффолдах, построенных из множества наложенных друг на друга решеток по принципу пчелиных сот. По мнению ученых, такая конструкция позволит нейронам лучше закрепляться на скаффолде и при этом обеспечит свободное прорастание нервной ткани и доставку биологических жидкостей. Скаффолды были созданы на основе модифицированной гиалуроновой кислоты — главного компонента внеклеточного матрикса мозга. Она не токсична и совместима с клетками нервной системы.

Кроме того, в состав скаффолда были включены нейротрофические факторы (BDNF, GDNF), белки головного мозга, которые стимулируют рост нейронов и увеличение длины их отростков, повышают выживаемость нервных клеток и поддерживают их активность в условиях стресса. Все это в целом улучшает когнитивные способности и долговременную память.

«Для успешного приживления и стимулирования регенеративных процессов нейротрансплантаты должны обладать рядом уникальных физико-химических свойств и особой архитектурой, однако ключевым критерием считается биосовместимость. Нервные клетки должны легко прикрепляться к поверхности скаффолда, формировать отростки и функционировать, а материал скаффолда и продукты его распада при деградации не должны оказывать токсического действия на нервные клетки. Мы протестировали новые конструкты как in vitro с использованием культур клеток головного мозга, так и in vivo на мышах с черепно-мозговой травмой. Результаты исследования показали отсутствие цитотоксичности и высокую биосовместимость скаффолдов для клеток головного мозга. Это открывает многообещающие перспективы в области заместительной терапии», — рассказывает автор исследования, старший научный сотрудник Лаборатории по разработке методов нейропроекции НИИ нейронаук и доцент кафедры нейротехнологий Института биологии и биомедицины ННГУ Татьяна Мищенко.

Метод комплексной оценки клеточных культур и скаффолдов, разработанный нижегородскими учеными, способен повысить эффективность и точность оценки рисков развития патологий, которые могут привести к отторжению трансплантата. С помощью сканирующей микроскопии, флуоресцентных красителей и специального программного обеспечения in vitro определяется биосовместимость и качество сцепления клеточных культур и скаффолда, жизнеспособность нейронов, их активность и функционал, а также другие параметры. Сейчас в планах авторов — улучшать архитектонику матриц и понижать их цитотоксичность.

Разработки проводились при поддержке Министерства науки и высшего образования России. Результаты опубликованы в международном журнале Frontiers in Bioengineering and Biotechnology. Метод оценки биосовместимости скаффолдов запатентован в 2022 году.