I ricercatori del dipartimento di ortopedia dell'ospedale Tongji della Tongji University di Shanghai hanno utilizzato con successo un nanobiomateriale chiamato doppio idrossido stratificato (LDH) per inibire l'ambiente infiammatorio che circonda le lesioni del midollo spinale nei topi, accelerare la rigenerazione dei neuroni e la ricostruzione del circuito neurale nella colonna vertebrale. I ricercatori sono stati anche in grado di identificare il meccanismo genetico sottostante con cui funziona LDH. Questa comprensione dovrebbe consentire un'ulteriore modifica della terapia che, in combinazione con altri elementi, potrebbe finalmente produrre un completo, sistema clinicamente applicabile per alleviare le lesioni del midollo spinale negli esseri umani.

La ricerca è apparsa sulla rivista dell'American Chemical Society ACS Nano il 2 febbraio

Non esiste un trattamento efficace per le lesioni del midollo spinale, che sono sempre accompagnati dalla morte dei neuroni, rottura di assoni o fibre nervose, e infiammazione. Anche se il corpo continua a generare nuove cellule staminali neurali, questo microambiente infiammatorio (l'immediato, condizioni su piccola scala nel sito della lesione) ostacola gravemente la rigenerazione di neuroni e assoni. Ancora peggio, l'attivazione prolungata delle cellule immunitarie in quest'area provoca anche lesioni secondarie del sistema nervoso, a sua volta impedendo alle cellule staminali di differenziarsi in nuovi tipi cellulari.

Se questa risposta immunitaria aggressiva nel sito della lesione potesse essere moderata, esiste la possibilità che le cellule staminali neurali possano iniziare la differenziazione e la rigenerazione neurale.

Negli ultimi anni, una serie di nuovi biomateriali su nanoscala, materiali naturali o sintetici che interagiscono con i sistemi biologici, sono stati progettati per aiutare l'attivazione delle cellule staminali neurali, insieme alla loro mobilitazione e differenziazione. Alcuni di questi "nanocompositi" sono in grado di fornire farmaci al sito della lesione e accelerare la rigenerazione neuronale. Questi nanocompositi sono particolarmente attraenti per il trattamento del midollo spinale a causa della loro bassa tossicità. Però, pochi hanno la capacità di inibire o moderare la reazione immunitaria nel sito, e quindi non affrontare il problema di fondo. Inoltre, i meccanismi alla base del loro funzionamento rimangono poco chiari.

Il doppio idrossido di nanostrato (LDH) è un tipo di argilla con molte proprietà biologiche interessanti relative alle lesioni del midollo spinale, compresa una buona biocompatibilità (capacità di evitare il rigetto da parte dell'organismo), biodegradazione sicura (scomposizione e rimozione delle molecole dopo l'applicazione), ed eccellente capacità antinfiammatoria. LDH è già stato ampiamente esplorato nell'ingegneria biomedica rispetto alla regolazione della risposta immunitaria, ma principalmente nel campo della terapia antitumorale.

"Queste proprietà hanno reso l'LDH un candidato davvero promettente per la creazione di un microambiente molto più vantaggioso per il recupero delle lesioni del midollo spinale, " dice Rongrong Zhu del Dipartimento di Ortopedia dell'Ospedale Tongji, primo autore dello studio.

Sotto la guida di Liming Cheng, autore corrispondente dello studio, il team di ricerca ha trapiantato l'LDH nel sito della lesione dei topi, e ha scoperto che il nanobiomateriale aveva significativamente accelerato la migrazione delle cellule staminali neurali, differenziazione neurale, attivazione di canali per l'eccitazione dei neuroni, e induzione dell'attivazione del potenziale d'azione (impulso nervoso). I topi hanno anche mostrato un comportamento locomotore significativamente migliorato rispetto al gruppo di controllo di topi. Inoltre, quando l'LDH è stato combinato con Neurotrophin-3 (NT3), una proteina che favorisce la crescita e la differenziazione di nuovi neuroni, i topi hanno goduto di effetti di recupero ancora migliori rispetto all'LDH da solo. In sostanza, l'NT3 stimola lo sviluppo neuronale mentre l'LDH crea un ambiente in cui tale sviluppo può prosperare.

Quindi, tramite profilazione trascrizionale, o analisi dell'espressione genica di migliaia di geni contemporaneamente, i ricercatori sono stati in grado di identificare come l'LDH svolge la sua assistenza. Hanno scoperto che una volta che l'LDH è attaccato alle membrane cellulari, provoca una maggiore attivazione del gene "trasforming growth factor-β recettore 2" (TGFBR2), diminuzione della produzione dei globuli bianchi che aumentano l'infiammazione e aumento della produzione dei globuli bianchi che inibiscono l'infiammazione. Dopo l'applicazione di una sostanza chimica che inibisce il TGFBR2, hanno scoperto che gli effetti benefici sono stati invertiti.

La comprensione di come l'LDH esegue questi effetti dovrebbe ora consentire ai ricercatori di modificare la terapia per migliorarne le prestazioni e creare finalmente un sistema terapeutico completo per le lesioni del midollo spinale, combinando questi biomateriali con fattori neurotrofici come l'NT3 che può essere utilizzato in applicazioni cliniche sulle persone.