Lesione cerebrale traumatica (TBI), definita come una protuberanza, colpo o scossa alla testa che interrompe la normale funzione cerebrale:ha inviato 2,5 milioni di persone negli Stati Uniti al pronto soccorso nel 2014, secondo le statistiche dei Centri statunitensi per il controllo e la prevenzione delle malattie. Oggi, ricercatori riportano un idrogel peptidico autoassemblante che, quando iniettato nel cervello di ratti con trauma cranico, aumento della ricrescita dei vasi sanguigni e della sopravvivenza neuronale.

I ricercatori presenteranno i loro risultati all'American Chemical Society (ACS) Fall 2019 National Meeting &Exposition.

"Quando pensiamo alle lesioni cerebrali traumatiche, pensiamo a soldati e atleti, " dice Biplab Sarkar, dottorato di ricerca, che presenta il lavoro all'incontro. "Ma la maggior parte dei TBI si verificano in realtà quando le persone cadono o sono coinvolte in incidenti automobilistici. Poiché l'età media del paese continua ad aumentare, aumenterà anche il numero di incidenti legati alla caduta in particolare”.

I TBI comprendono due tipi di lesioni. Il danno primario deriva dal danno meccanico iniziale ai neuroni e ad altre cellule del cervello, così come i vasi sanguigni. lesioni secondarie, che può verificarsi pochi secondi dopo il trauma cranico e durare per anni, includono lo stress ossidativo, infiammazione e rottura della barriera ematoencefalica. "La lesione secondaria crea questo ambiente neurotossico che può portare a effetti cognitivi a lungo termine, " dice Sarkar. Ad esempio, I sopravvissuti al trauma cranico possono sperimentare un controllo motorio alterato e un aumento del tasso di depressione, lui dice. Attualmente, non esiste un trattamento rigenerativo efficace per i TBI.

Sarkar e Vivek Kumar, dottorato di ricerca, ricercatore principale del progetto, voleva sviluppare una terapia che potesse aiutare a curare le lesioni secondarie. "Volevamo essere in grado di far ricrescere nuovi vasi sanguigni nell'area per ripristinare lo scambio di ossigeno, che è ridotto nei pazienti con trauma cranico, "Dice Sarkar. "Inoltre, volevamo creare un ambiente in cui i neuroni possano essere supportati e persino prosperare".

I ricercatori, sia al New Jersey Institute of Technology, aveva precedentemente sviluppato peptidi che possono autoassemblarsi in idrogel quando iniettati nei roditori. Incorporando frammenti di particolari sequenze proteiche nei peptidi, il team può dare loro diverse funzioni. Per esempio, Sarkar e Kumar hanno precedentemente sviluppato idrogel peptidici angiogenici che fanno crescere nuovi vasi sanguigni quando vengono iniettati sotto la pelle dei topi.

Per adattare la loro tecnologia al cervello, Sarkar e Kumar hanno modificato le sequenze peptidiche per rendere le proprietà del materiale dell'idrogel più simili a quelle del tessuto cerebrale, che è più morbido della maggior parte degli altri tessuti del corpo. Hanno anche attaccato una sequenza di una proteina neuroprotettiva chiamata ependimina. I ricercatori hanno testato il nuovo idrogel peptidico in un modello di ratto con trauma cranico. Quando iniettato nel sito della lesione, i peptidi si autoassemblavano in un idrogel che fungeva da nicchia neuroprotettiva a cui i neuroni potevano attaccarsi.

Una settimana dopo l'iniezione dell'idrogel, il team ha esaminato il cervello dei ratti. Hanno scoperto che in presenza dell'idrogel, la sopravvivenza delle cellule cerebrali è notevolmente migliorata, con conseguente circa il doppio dei neuroni nel sito della lesione nei ratti trattati rispetto agli animali di controllo con lesioni cerebrali. Inoltre, i ricercatori hanno visto segni di nuova formazione di vasi sanguigni. "Abbiamo visto alcune indicazioni che i ratti nel gruppo trattato erano più deambulanti rispetto a quelli del gruppo di controllo, ma abbiamo bisogno di fare più esperimenti per quantificarlo effettivamente, "dice Sarkar.

Secondo Kumar, uno dei prossimi passi sarà quello di studiare il comportamento degli animali trattati per valutare il loro recupero funzionale da trauma cranico. I ricercatori sono anche interessati a trattare i ratti con una combinazione del loro precedente peptide angiogenico e della loro nuova versione neurogena per vedere se questo potrebbe migliorare il recupero. E infine, hanno in programma di scoprire se gli idrogel peptidici funzionano per lesioni cerebrali più diffuse, come commozioni cerebrali. "Abbiamo visto che possiamo iniettare questi materiali in una lesione definita e ottenere una buona rigenerazione dei tessuti, ma stiamo anche collaborando con diversi gruppi per scoprire se potrebbe aiutare con i tipi di lesioni che vediamo nei soldati, veterani e persino persone che lavorano nei cantieri che subiscono lesioni da esplosione, " dice Kumar.