Ein Schlag auf den Kopf oder starke Stoßwelle, die auf dem Schlachtfeld kann zur sofortigen, bedeutenden Schaden an einer person, die den Schädel und das Gewebe darunter. Aber das trauma ist noch nicht alles. Die Wirkung löst eine Chemische Reaktion im Gehirn, die Verwüstungen Neuronen und Netzwerke, versorgen Sie mit Nährstoffen und Sauerstoff.
Es ist der sekundäre Effekte der traumatischen Gehirnverletzung (TBI), die führen kann zu langfristigen kognitiven, psychischen und motorischen Schäden am system, das weckte das Interesse von einem team von NJIT der biomedizinischen Ingenieure. Um Ihnen zu begegnen, Sie entwickeln eine Therapie, injiziert werden an der Stelle der Verletzung, die zeigt frühe Anzeichen kann es schützt Nervenzellen und stimulieren das nachwachsen von Blutgefäßen im geschädigten Gewebe.
Die Herausforderung, die Forscher sagen, ist, dass Gehirnzellen sich nicht regenerieren sowie anderen Geweben, wie Knochen, die möglicherweise eine evolutionäre Strategie für die Erhaltung der synaptischen verbindungen, die Erinnerungen behalten. Bis heute gibt es keine wirksame Behandlung zur Wiederherstellung der geschädigten Neuronen. Die körpereigenen Schutzmechanismen auch machen es schwer zu durchdringen die Blut-Hirn-Schranke, die behindert die Lieferung von Medikamenten.
„Nervenzellen reagieren auf Traumata durch die Produktion großer Mengen von Glutamat, ein neurotransmitter, der unter normalen Bedingungen ermöglicht lernen und Gedächtnis, aber bei toxischen Konzentrationen overexcites Zellen, wodurch Sie zu brechen. Schädel-Hirn-Verletzungen können auch dazu führen, dass die Aktivierung und Rekrutierung von Immunzellen, die die Entzündung verursachen, die führen können, um kurz – und langfristige neuronale Defizite durch Beschädigung der Struktur von Zellen und das erstellen einer chronisch-entzündlichen Umgebung zu“, sagt Biplab Sarkar, post-doctoral fellow in biomedical engineering und Mitglied des Teams, präsentiert diese Arbeit in einer kürzlich American Chemical Society Konferenz.
Das team die Behandlung besteht aus einer lab-erstellt imitieren von ependymin, ein protein gezeigt werden, schützen Neuronen nach einer Verletzung, die an einer Plattform zur Auslieferung von—einem-Strang der kurzen Proteine, sogenannte Peptide, die in einer hydrogel—das wurde von Vivek Kumar, Direktor des NJIT der Biomaterial-Drogen-Entwicklung, Entdeckung und Ablieferung Labor. Nach der Injektion der Peptide in das hydrogel wieder zusammenbauen, an dem lokalisierten Ort der Verletzung in ein nanofibrous Scaffolds, dass ahmt die extrazelluläre matrix, die tragende Struktur für die Zellen. Diese weichen Materialien besitzen mechanische Eigenschaften, ähnlich Gehirn Gewebe, die Verbesserung Ihrer Biokompatibilität. Sie fördern die rasche infiltration durch eine Vielzahl von Stammzellen, die als Vorstufen für die regeneration, und kann auch eine biomimetische Nische, um Sie zu schützen.
Jetzt in präklinischen Tierversuchen, Ratten injiziert, die mit dem hydrogel beibehalten, doppelt so viele funktionierende Nervenzellen am Ort der Verletzung im Vergleich zu der Kontrollgruppe. Sie bildeten auch neue Blutzellen in der region.
„Die Idee ist, zu intervenieren, zum richtigen Zeitpunkt am richtigen Ort zu minimieren oder Schaden rückgängig. Wir tun dies durch die Generierung von neuen Blutgefäßen in der Gegend, um wieder Sauerstoff Austausch ist reduziert bei Patienten mit einer TBI, und um ein Arbeitsumfeld zu schaffen, in denen Neuronen, die beschädigt wurden, in der Verletzungen unterstützt werden und gedeihen können,“ Kumar sagt. „Während der genaue Mechanismus für diese Materialien wird derzeit untersucht, Ihre Wirksamkeit ist offensichtlich. Unsere Ergebnisse müssen erweitert werden, jedoch in einem besseren Verständnis dieser Mechanismen auf zellulärer Ebene, ebenso wie Ihre langfristige Wirksamkeit und die daraus resultierenden Verhaltens-Verbesserungen.“
Mitarbeiter James Haorah, associate professor für biomedizinische Technik, und sein Doktorand Xiaotang Ma an NJIT Zentrum für Verletzungen und Biomechanik, – Materialien und-Medizin haben gezeigt, wie eine Anzahl von TBI-bezogene Chemische Effekte können stören und zu zerstören integral-Hirn-Gefäßsystem, in dem Blut-Hirn-Schranke, die das Gehirn schützende Grenze, die Förderung einer chronischen Entzündung kann dazu führen, dass Symptome wie post-traumatische Belastungsstörung und Angst, unter anderem. Ihre aktuelle Arbeit bietet Einblicke in die mögliche neuroprotektive und regenerative Antwort-Führungen durch die Kumar-lab-Materialien, während zukünftige Studien versuchen, zu analysieren, andere Mediatoren von Entzündungen und Durchblutungsstörungen im Gehirn.
Kumar Lieferung Mechanismus ist eine anpassbare, Lego-ähnlichen Strang aus kurzen Proteine, sogenannte Peptide, die aus Aminosäuren zusammensetzen, mit einem biologischen Mittel befestigt an einem Ende, die überleben können im Körper für Wochen und sogar Monate, wo andere Biomaterialien verschlechtern schnell. Seine selbstwachsenden sind entworfen, stärker zu sein als der Körper ist dispersive Kräfte; es bildet stabile Fasern, die mit keinerlei Anzeichen, induziert Entzündung, die schnell Einarbeitung in spezifische Gewebe und Kollagen, recruiting nativen Zellen zu infiltrieren. Das hydrogel, die sich ebenfalls aus Aminosäuren, ist speziell entwickelt, um trigger zu unterschiedlichen biologischen Reaktionen in Abhängigkeit von der Nutzlast befestigt. Diese Plattformen liefern können Medikamente und andere kleine Ladung über Tages-, Wochen – oder Monat-lange Zeiträume. Kumar ‚ s lab hat kürzlich die Forschung auf die Anwendungen reichen von Therapien auf Eingabeaufforderung oder verhindern die Bildung von neuen Blutgefäß-Netzwerke, um die Entzündung zu verringern und zur Bekämpfung von Mikroben.
„Die Letzte Hoffnung ist, dass die lokalisierte Lieferung von nachwachsenden Rohstoffen kann bieten erhebliche Vorteile für eine Reihe von Krankheiten“, stellt er fest.
Das team beispielsweise vor kurzem eine Klasse von Materialien, die nützlich sein können gegen die Infektion. Diese neuartige anti-mikrobiellen Peptide, die in der Lage sind, Sie stören die Dichte der bakteriellen Kolonien und die Versprechen gezeigt haben, gegen eine Vielzahl von Hefen. Zusätzlich, Sie fördern die Zellproliferation und werden derzeit untersucht, für die Wundheilung. Dass die Arbeit veröffentlicht in diesem Sommer in der Zeitschrift „ACS Biomaterials Science and Engineering.
Kumar und sein Labor erstellt haben, ein anderes hydrogel dient der Rekrutierung autologer (eigene) dental pulp Stammzellen direkt in das desinfiziert Kavität nach der Wurzelkanalbehandlung. Den zahn würde regeneriert werden, im Teil, indem Sie aufgefordert Wachstum der erforderlichen Blutgefäße zu unterstützen, das neue Gewebe. Noch eine weitere Peptid-basierte Therapie, bewaffnet mit Anti-angiogenetische Fähigkeiten, Ziele, die diabetische Retinopathie, eine okuläre Erkrankung, die mehr als 90 Millionen Menschen weltweit. Menschen mit der Krankheit bilden unreifen Blutgefäßen in der Netzhaut, behindern Ihre vision. Die hydrogel injiziert werden können, direkt in den Glaskörper gel des Auges, wobei das Peptid die Interaktion mit den Endothelzellen in die anomale Blutgefäße, wodurch Sie zu sterben.