مهندسی بافت عصبی

مهندسی بافت عصبی: داربست‌های فعال زیستی و نظارت درجا برای بازسازی

• آسیب عصبی محیطی یک مشکل گسترده است که سالانه میلیون‌ها نفر را در سراسر جهان تحت تأثیر قرار می‌دهد و ترمیم موثر نقص‌های عصبی یک چالش مهم است.
• کانال‌های هدایت عصبی مهندسی بافت (NGCs) یک پلتفرم امیدوارکننده برای ترمیم عصبی محیطی از طریق یکپارچه‌سازی داربست‌های فعال زیستی، عوامل موثر بیولوژیکی و اجزای سلولی هستند.
• پاتوژنز آسیب‌های عصبی محیطی در شدت‌های مختلف مورد بررسی قرار می‌گیرد تا میکرو محیط‌های آنها مشخص شود و روش‌های درمانی بالینی و چالش‌ها مورد بحث قرار می‌گیرد.
• پیشرفت‌های اخیر در طراحی و ساخت NGCها با ترکیب عوامل موثر بیولوژیکی و اجزای سلولی برای ترمیم عصبی مورد بحث قرار می‌گیرد و دیدگاه‌هایی در مورد تصویربرداری از عصب یا راه برای امکان نظارت درجا بر روند بازسازی عصب ارائه می‌شود.
• کاربردهای روش‌های درمانی مداخله پس از عمل، مانند میدان الکتریکی، میدان مغناطیسی، نور و اولتراسوند بر روی راه یا عصب به خوبی طراحی شده برای بهبود کارآیی ترمیم پوشش داده شده است.
• چشم‌اندازهای پلتفرم‌های چندمنظوره برای ترویج ترمیم آسیب عصبی محیطی بررسی می‌شوند.

معرفی

• آسیب عصبی محیطی (PNI) یک مشکل پزشکی مهم است که توانایی حسی یا حرکتی را پس از اختلال عصبی تحت تأثیر قرار می‌دهد.
• برای نقص عصبی محیطی در یک شکاف کوچک (کمتر از 5 میلی‌متر)، از بخیه زدن عصب انتهایی به انتها اغلب به صورت بالینی استفاده می‌شود که نسبتاً آسان است اما می‌تواند منجر به پل زدن ناهماهنگ شود.
• هنگامی که شکاف بزرگتر از 5 میلی‌متر باشد، برای پل زدن بین دو انتهای عصب، پیوند لازم است
• استاندارد طلایی در درمان بالینی، اتوگرافت است. با این حال، این روش از معایبی مانند ایجاد آسیب ثانویه، از دست دادن عملکرد در محل اهدا کننده، منابع محدود اهدا کننده و عدم تطابق عصب اهدا کننده با آسیب رنج می‌برد.
• به عنوان یک جایگزین، کانال‌های راهنمای عصب مصنوعی (NGCs) برای ارائه یک راه حل امیدوارکننده برای ترمیم PNI توسعه یافته‌اند.
• NGC مهندسی بافت ایده آل می‌تواند با ترکیب داربست با عوامل موثر بیولوژیکی، ساختار آناتومیک یک عصب بومی را تقلید کند.

مکانیسم ترمیم PNI

• NGCها را می‌توان از مواد طبیعی یا مصنوعی با روش‌های مختلف مانند ریخته‌گری، الکتروریسی و چاپ سه بعدی ساخت
• ریخته‌گری از محلول پلیمری برای تهیه NGCها دارای مزایای فرآیند ساده و صنعتی‌سازی آسان است. با این حال، دیواره NGC به دست آمده معمولاً متراکم با یک سطح صاف است و گاهی اوقات حلال‌های آلی سمی را حفظ می‌کند.
• برای اینکه دیواره لوله با ساختارهای فیزیکی جهت‌دار تقویت شود، می‌توان تکنیک‌های دیگری را مانند فوتولیتوگرافی برای تولید قالب‌هایی با ساختارهای خاص یا پس پردازش NGC (به عنوان مثال، جداسازی فاز و خشک کردن انجمادی) برای ایجاد ساختارهای متخلخل یکپارچه کرد.
• هنگام طراحی یک NGC، عوامل موثر فیزیکوشیمیایی می‌توانند در دیواره یا لومن لوله برای دستکاری مراحل مختلف تعمیر عصب یکپارچه شوند.
• سنگفرش سطح داربست به شدت بر مرحله التهاب و رفتار سلولی تأثیر می‌گذارد
• ساختارهای جهت‌دار اغلب برای ساخت دیواره لوله استفاده می‌شوند.
• الیاف هم‌تراز الکتروریسی‌شده می‌توانند ماکروفاژها را از فنوتیپ M1 پیش‌التهابی به فنوتیپ M2 ضدالتهابی تبدیل کنند.
• به طور کلی، برای مدل آسیب عصب سیاتیک موش، مقدار معمول شکاف 10-15 میلی‌متر است. برای ارزیابی کارآیی NGCها در ترمیم نقص‌های بیش از 15 میلی‌متر، مدل‌های in vivo معمولاً در حیوانات بزرگ با مقدار شکاف معمولی 15-30 میلی‌متر و حتی بیش از 50 میلی‌متر.

NGCها برای ترمیم آسیب عصبی محیطی

• برای ترمیم ضایعات کوچک (کمتر از 5 میلی‌متر)، روش بالینی neurorrhaphy انتها به انتها ممکن الیاف عصبی به اشتباه پل زده شوند. در این حالت، NGC می‌تواند با ارائه اثر ترمیمی مطلوب به عنوان یک اتاق بازسازی اعمال شود.
• حفره در لوله می‌تواند از کشش به عصب ناشی از بخیه زدن جلوگیری کند و فضایی برای پل زدن خودمختار و انتخابی آکسون‌های پروگزیمال و دیستال فراهم کند.
• همگرایی reinnervation انتخابی زمانی مشهودتر است که اندازه شکاف 2-4 میلی‌متر باشد.
• تا حدودی، توانایی بازسازی NGC می‌تواند بهتر از نوروررافی انتها به انتها باشد. در این حالت، ممکن است یک روند بالینی برای جایگزینی neurorrhaphy به انتهای بخیه با کاشت NGC برای امکان تشخیص خود به خودی و reinnervation انتخابی الیاف عصبی وجود داشته باشد.
• برای ترویج نتیجه‌ترمیم آسیب عصبی در شکاف بزرگ، NGCهای مهندسی بافت با ترکیب نشانه‌های فیزیکوشیمیایی، عوامل موثر بیولوژیکی و یا اجزای سلولی، به منظور ارائه یک میکرو محیط ایده‌آل برای بازسازی، طراحی و ساخته شده‌اند.
• آکسون تنها می‌تواند با اتصال درست به شاخه‌ی عصبی دیستال ارتباط برقرار کند، و عضله‌ی هدف را دوباره عصب‌دهی کند. پس از تشکیل موفق پل برای آکسون‌ها، سلول‌های SC دوباره میلین‌دار می‌شوند و عملکرد حرکتی یا حسی تا حدودی بازیابی می‌شود.
• اگر آکسون‌ها نتوانند از جای آسیب عبو کنند و به شاخه دیستال پل بزنند، نوروما تشکیل می‌شود، که منجر به آتروفی بافت هدف و نابودی دائمی عملکرد حسی یا حرکتی می‌شود.
• به طور خلاصه، چند مرحله‌ی نمونه برای ترمیم شامل التهاب، رگ‌زایی، جابه‌جایی و تکثیر سلول‌های SC، گسترش یافتن آکسون‌ها و اتصال با بافت هدف هستند.

رویکردهای نوآورانه برای مهندسی بافت عصبی

• داربست های یکپارچه با نشانه های فیزیکوشیمیایی نقش تنظیمی در رفتار سلولی و گسترش آکسون دارد. این نشانه ها به طور کلی شامل ساختار توپوگرافی جهت دار، الگوهای خاص، زبری سطح مناسب، ساختارهای چند کاناله می باشد.
• برای ترویج ترمیم PNI، نقش نشانه های فیزیکوشیمیایی به طور خاص در تنظیم فنوتیپ ماکروفاژها، تسریع مهاجرت سلول های SC، دستکاری تمایز سلول های بنیادی برون زا و هدایت گسترش آکسون آشکار می شود.
• نشانه‌های الکتریکی نشان‌دهنده یک نوع خاص از نشانه فیزیکی هستند که می‌توانند به دلیل فعالیت الکتریکی عصب در NGC ادغام شوند. مواد رسانا، مانند اکسید گرافن (GO)، طلا، و پلیمرهای رسانا، می‌توانند برای ارتقاء کانال‌ها ترکیب شوند.
• سلول های SC نقش مهمی در کل فرایند بازسازی عصب ایفا می کنند، که در تنظیم بازسازی عصب با ترشح فاکتورهای مربوط به بازسازی و شرکت در دوباره میلین سازی نقش دارند.
• ترمیم هدایت شده و کنترل شده به طور استراتژیک عوامل موثر بیولوژیکی با نشانه های فیزیکی در NGCs در زمان مناسب با بهبود بازسازی عصب و پیشبرد ترجمه بالینی همراه است.

نتیجه گیری

• در آینده NGCs با سیگنال‌های راهنمایی چندگانه می‌تواند به عنوان بستر یکپارچه‌ای برای درمان، نظارت و ارزیابی ترمیم عصب مورد استفاده قرار گیرد و ترمیم عصب ضخیم در شکاف بزرگ و انتقال از تحقیقات به کلینیک را فعال کند.