Клеточный «рюкзак» и повреждения головного мозга

Пересматривая новогоднюю дилогию «Крепкий Орешек», я впервые обратил внимание на то, как часто и сильно Брюс Уиллис бьется головой едва ли не в каждой драке. Возможно, именно те удары стали отправной точкой в развитии текущего состояния актера. Чтобы вовремя подавлять воспалительные процессы и снижать риски травм мозга, ученые пропатчили внутреннюю защиту клеток мозга.

Прикрепив «рюкзаки» из микрочастиц к воспалительным клеткам, известным как макрофаги, исследователи на 56% уменьшили размер повреждений и воспалений, вызванных черепно-мозговой травмой. Ключевое качество нового подхода – работа рука об руку с биологией мозга, а не против нее. Новости и статьи на схожие темы публикуются в телеграм канале Neural Hack.

Во всем мире на 2019 год было зарегистрировано 27,16 миллионов людей, получивших новую черепно-мозговую травму, и 48,99 миллионов людей, живущих после получения ЧМТ. И хоть нейровоспаление критически важно для стимулирования регенерации клеток и тканей сразу после ЧМТ, длительное воспаление приводит к вторичному повреждению.

В мозге всегда присутствуют макрофаги. К ним относятся лейкоциты, которые могут переключаться между про- и противовоспалительными состояниями, и другие иммунные клетки. Чрезмерная активность этих клеток может расширить очаг поражения и потянуть за собой такие осложнения, как депрессия, сенсомоторный дефицит, дефицит памяти, а также деменцию.

В новом исследовании, ученые из Института Висса, Гарвардского университета, отрегулировали активность макрофагов в лечении ЧМТ. Оснащенные «рюкзаком» из микрочастиц, наполненным противовоспалительными молекулами, макрофаги значительно уменьшили локальное воспаление головного мозга, размер повреждений и кровотечение у свиней с ЧМТ.

Когда клетки головного мозга умирают из-за травматического воздействия, они выделяют коктейль провоспалительных цитокинов, который привлекает иммунные клетки для восстановления повреждений.

Но эти же цитокины также разрушают гематоэнцефалический барьер мозга, вызывая выброс крови в мозг, что приводит к отеку, нарушению процесса доставки кислорода к тканям и усилению воспаления. Это порочный круг кровотечений и повреждений, который приводит к еще большей гибели клеток. Вот почему фенотропил, который влияет на интенсивность кровотока, периодически используют при ЧМТ, но с огромной осторожностью.

Основываясь на своей предыдущей работе по приспособлению рюкзаков к макрофагам, исследователи пришли к выводу, что они могут быть эффективны в случаях ЧМТ.

Клеточные рюкзаки состоят из двух внешних слоев дексаметазона, противовоспалительного стероидного препарата, в полимолочной гликолевой кислоте (PLGA) и среднего слоя IL-4, иммунорегуляторного цитокина, в поливиниловом спирте. Было показано, что сочетание дексаметазона и IL-4 вызывает синергический противовоспалительный эффект. Средний диаметр рюкзака 8,2 мкм и толщина 914 нм. Они предназначены для прилипания к поверхности макрофагов.

Макрофаги свиньи культивировали из костного мозга, и к готовым макрофагам прикрепили рюкзак для создания комплекса «рюкзак-макрофаги». Комплексы вводили внутривенно свиным моделям с ЧМТ, в частности с повреждением коры головного мозга, самого внешнего слоя ткани. Через семь дней в очаге травмы наблюдались рюкзаки-макрофаги в большей плотности, чем в других областях мозга.

По сравнению со свиньями, которым вводили физраствор, лечение ранцевыми макрофагами уменьшало общий объем поражения на 56% и приводило к «визуально поразительному» уменьшению количества кровоизлияний (73 мм 3 против 21 мм 3). Объем кровоизлияния положительно коррелировал с объемом поражения, что указывает на двустороннюю обусловленность. Модифицированные-макрофаги уменьшили объем поражения на 47%. Также было замечено, что у свиней, обработанных макрофагами, было меньше крупных поражений.

Вполне может быть, что подобная технология приведет к развитию в области интеграции имплантов в мозг и возведения более сложных структур на уровне органики и кибернетики, как это наблюдается в последних исследованиях.

Ученые проанализировали микроглию, клетки мозга, темп восстановления и обнаружили снижение провоспалительного маркера CD80 по сравнению с группой, получавшей физиологический раствор. Периферические биомаркеры воспаления также были меньше у свиней, получавших модифцированные макрофаги.

Через двадцать четыре часа после травмы уровень сывороточного фактора некроза опухоли альфа (TNF-⍺), основного регулятора воспалительных реакций, составлял 82,7% у обработанных свиней по сравнению со 117,5% у контрольной группы.

Через семь дней после травмы содержание глиального фибриллярного кислого белка в сыворотке крови (GFAP), диагностического и прогностического биомаркера ЧМТ и нейровоспаления, было меньше в группах, получавших лечение (75,2%), по сравнению с группами, получавшими физиологический раствор (158,4%).

Частота нежелательных явлений у обработанных свиней не отличалась от таковой у животных, получавших физиологический раствор. Никаких признаков токсичности, вызванной обработкой ранцевыми макрофагами, не наблюдалось в селезенке, печени, почках и легких.

Фактически, первые недели после травмы мозга определяют то, насколько эффективно сможет восстановиться человек, и что его будет ожидать в дальнейшем. При этом каждый дополнительный фактор, помогающий минимизировать последствия – идет на вес золота. Как быстро эту технологию будут применять на людях – лет через 10-15, но это исключительно бюрократический вопрос.

Медицина прекрасна тем, что её плоды можно использовать для борьбы с болезнями и расстройствами. А можно и для повышения работоспособности и эффективности в сложных условия. Новости и статьи на схожие темы публикуются в телеграм канале Neural Hack.