革新的な神経ガイドが怪我の治療を変えるかも

末梢神経損傷（PNI）は、アメリカで多くの人に影響を与えているよ。この状態を治療するのが難しいのは、人間の神経が損傷後に再生しにくいからなんだ。神経が傷つくと、完全に神経が切断されるという最悪の3段階の損傷があるけど、これが治癒を複雑にするギャップを作るんだ。

今のところ、この傷の治療は神経の損傷の程度によって異なるよ。神経のギャップを修復する一般的な方法は、患者自身の神経の一部を使うことなんだけど、健康な神経を取らなきゃいけないっていう欠点があって、これが新しい合併症を招くこともあるし、使える神経の量も限られる。ドナーから神経を使う選択肢もあるけど、これは患者が新しい神経組織を拒絶しないように薬を取らなきゃいけないから、リスクがあるんだ。

別のアプローチは人工神経ガイドを使うことで、これが体に安全で神経修復のための信号を提供できる必要があるよ。最も理想的なのは、神経の自然な構造を模倣して、組織の成長を支え、柔軟で時間と共に溶けるものなんだけど、残念ながら現存の人工神経ガイドはこれらの要件を満たしていないことが多いんだ。

有望な解決策の1つは、細胞が取り除かれた自然の神経ガイドを使うことだよ。これらの脱細胞化されたガイドは、患者から健康な神経を取る必要を代替できる可能性があるんだ。免疫反応のリスクを減らせるし、自然の神経に似た特性を維持するから、新しい神経組織の成長を誘導するのに役立つんだ。

脱細胞化は、化学的および物理的な方法を含むさまざまな技術で行われて、細胞材料を取り除きつつも神経修復に必要な重要な構造成分を保持するんだ。ただ、細胞を完全に取り除くと、神経の成長に必要な重要なサポートも失う可能性があるから、免疫反応を防ぐために細胞を取り除くことと、神経の治癒に必要な成分を維持することのバランスを取ることが大事なんだ。

私たちの研究では、脱細胞化されたラット神経を導電性ポリマーであるポリ（3,4-エチレンジオキシチオフェン）またはPEDOTと組み合わせて新しいタイプの神経ガイドを作ることを目指したんだ。このポリマーは生体適合性があって、神経の成長や細胞の動きを促進するから、私たちの研究には理想的なんだ。

#導電性バイオハイブリッド神経導管の設計

効果的な神経導管を作るために、ラットの坐骨神経を使って、無菌環境で慎重に取り除いたよ。神経が不必要な組織から解放されていることを確認してから、すべての細胞を取り除く脱細胞化プロセスを行ったんだ。

神経は小さな部分に切り分けられて、ポリマーがその場で形成される方法でPEDOTで処理されたよ。このステップが重要で、PEDOTが神経組織と統合され、その特性を向上させるんだ。処理プロセスで使用する化学物質の比率を変えることで、9つの異なる神経サンプルが作られたよ。

ポリマーがうまく統合されたことを確認するために、特定の技術を使ってサンプルを分析したんだ。これには神経の構造をチェックし、PEDOTの存在を確認し、プロセスを通じて神経の自然な特性が大部分維持されているかを確かめることが含まれているよ。

#バイオハイブリッド神経の電気特性

神経ガイドを改良する目的は、その導電性を向上させることで、これは神経の機能にとって重要なんだ。バイオハイブリッド神経サンプルの電気特性を、脱細胞化された神経と非脱細胞化神経と比べるテストを行ったよ。

導電性テストの結果、私たちのバイオハイブリッド神経は非脱細胞化サンプルよりも電気特性が良いことがわかったんだ。つまり、神経の成長をよりよくサポートできる可能性があるってこと。異なる処理とプロセスサイクルが電気的特性にどのように影響するかにも特に興味があったんだ。

処理を最適化した後、最も良い結果を出した神経サンプルは脱細胞化神経に比べて導電性が大きく向上していることが観察されたよ。この発見は、十分な導電性が健康な神経機能と再生を促進するから重要なんだ。

#バイオハイブリッド神経の生物物理学的および生化学的特性評価

電気特性に加えて、神経導管の機械的特性も評価したんだ。物理的な力に耐えられるかどうか、剛性や圧縮強度を測定することを目指したよ。

いろいろな方法を使って、神経サンプルが適切な剛性レベルを保っていることがわかったんだ。これは重要なポイントで、剛すぎる材料は神経の成長を妨げるし、柔らかすぎる材料だと十分なサポートを提供できないかもしれないんだ。

また、高度な画像技術を使って神経サンプルの構造も調べたよ。走査型電子顕微鏡を使って、ポリマー処理の後も神経構造がどのように維持されているかを可視化したんだ。これらの特性を理解することで、私たちのバイオハイブリッド神経が自然の神経に似ていることを確認できるんだ。

処理化学物質からの残留鉄の量を測るために、X線蛍光技術を採用したよ。この分析によると、一部の鉄はサンプルに残っているけど、量は最小限で、害を及ぼす可能性は低いことがわかったんだ。

#バイオハイブリッド神経の細胞適合性と血液適合性

私たちのバイオハイブリッド神経を医療用途として考える前に、生物系との適合性を評価することが重要なんだ。これは神経材料と接触したときに、細胞がどれだけ成長し繁栄できるかをテストすることを含むよ。

細胞の適合性を評価するために、私たちのバイオハイブリッド神経サンプルで特定の細胞型を培養してテストを行ったんだ。結果は、私たちの材料が細胞と適合していて、神経構造に接触した後も健康な細胞のかなりの割合が生存していることを示しているよ。

また、ヘモリシステストを行って、材料が血液と接触したときに有害な反応を引き起こさないことを確認したんだ。すべてのサンプルでヘモリシスが最小限に抑えられていて、血液と接触する可能性のある場所への移植に安全だってことがわかったんだ。

#モーター軸索の成長を評価するための免疫組織化学

私たちのバイオハイブリッド神経の基本的な特性を確立した後、神経の成長を促進する効果をテストすることを目指したんだ。人間の脊髄運動ニューロンモデルを作って、体内で神経がどのように成長するかを模倣したよ。

神経サンプルをこれらのモデルと共培養して、運動ニューロンがバイオハイブリッド神経にどれだけ成長できるかをテストしたんだ。結果は良好で、伝統的な脱細胞化神経と比較して、私たちのバイオハイブリッド神経に運動軸索が著しく成長したことがわかったんだ。

シュワン細胞をバイオハイブリッド神経に加えることで、軸索成長のさらなる改善が見られたよ。これは、私たちのバイオハイブリッド神経導管が神経成長を支えるだけでなく、他のサポート細胞ともうまく統合されて、再生に適した環境を作ることを示している。

#結論

私たちの研究は、脱細胞化された神経組織と導電性ポリマーを組み合わせて新しいバイオハイブリッド神経導管を作る可能性を示しているよ。これらのバイオハイブリッド神経は、優れた電気的および機械的特性を示し、細胞との適合性があることから、神経修復に適していることがわかったんだ。

これらの導管が運動軸索の成長を効果的に支援する能力は、末梢神経損傷の治療において有望な道を提示しているんだ。伝統的な神経修復方法の信頼できる代替手段を提供することで、神経損傷に苦しむ人々の結果を大きく改善できることを願っているよ。

これらの材料を洗練させ、生命体との相互作用を理解するための研究を続けることで、神経組織工学や再生医療の進歩が期待されるんだ。