Лаврентьев А.1, Каплунов Ю.2, Щербюк А.1, Пичугин А.2, Кескинов А.1
(1 - Московская Медицинская Академия им. И.М.Сеченова, Москва, 119992, ул. Большая Пироговская, д.6.; e-mail: stroke@comtv.ru; 2 - Brunel University, West London, UK)
В условиях все большего увеличения числа инсультов головного мозга и различного вида травм с повреждением центральной и периферической нервной систем, проблема регенерации нервной ткани является крайне актуальной для современной неврологии и нейрохирургии. Одним из наиболее динамично развивающимся в настоящее время является раздел применения различных клеточных технологий в стимуляции собственного регенеративного процесса нервной ткани.
Существует мнение, что нейроны не способны к регенерации так как они не обладают митотической активностью, и установлена неспособность их к репликационному синтезу ДНК, как в процессе постнатального развития, так и при интенсификации регенеративной реакции, за исключением нейронов коры ольфакторной области. Между тем, было установлено, что нейроны головного и спинного мозга не лишены способности к регенерации своих отдельных структурных элементов, что осуществляется путем гиперплазии ядерных и цитоплазматических органелл и ведет к активации аксонального роста.
Важно, что при обычном течении травматического процесса можно наблюдать образование новых отростков - процесс получил название «спраутинг» (спрутинг). При этом регенерирующий аксон дает боковые ответвления или формирует сложную пространственную спиралевидную структуру. Безусловно, что нарушение вектора аксонального роста, равно как и формирование глиальной капсулы в зоне травмы нервного волокна существенно, снижает темп или делает невозможным восстановление функции поврежденного нерва.
В своей экспериментальной и клиниче6ской работе некоторые авторы активно применяют биодеградируемые гели, или как их называют матриксы, представляющие собой оригинальные рецепты приготовления геля на основе коллагена. Биодеградируемые гели выполняют роль структурного матрикса, выполняет роль питательной среды, а имплантированные вместе с гелем нейрональные клетки сохраняют жизнеспособность до 6 месяцев.
Рис.1 Формирование аксональной мембраны на микротрубочке.
Рис.2 Сборка (полимеризация) микротрубочка из белковых глобул.
Целью работы явилось определение принципиальной значимости использования биодеградируемых матриксов на основе математической модели аксонального роста.Была использована математическая модель аксонального роста С.Л.Григорьева (ж. Технической физики 2002. т.72. №7) в которой описывается микроструктура регенерирующего аксона.
Рост аксона происходит с формирования микротрубочки и и в дальнейшем на ней и по форме ее формируется аксональная мембрана (рис.1). При этом собственно микротрубочка представлена спиралевидно расположенными белковыми глобулами (рис.2). Таким образом, практически все участвующие в процессе регенераторного роста структуры обладают свойствами спиральной анизотропии.
Коллагеновый биодеградируемый гель представляет собой смесь коллагеновых волокон с молекулярной массой от 15 до 30 тыс и имеющие метрический размеры одного порядка с микротрубочкой аксона.
Для настоящего исследования была взята математическая модель медленной диффузии условно вязкого вещества в жесткой пористой среде, т.к. практически одновременный рост группы аксонов поврежденного нерва при сохраненном векторе роста и их анизотропические свойства, достаточно хорошо описываются процессами медленной диффузии. Сложное переплетение коллагеновых волокон практически идентично по своим свойствам жесткой пористой структуре.
Математическому анализу подвергнуты два краевых условия аксонального роста:
· Математический вакуум, что соответствует в живом организме абстрактной полости заполненной гомогенной жидкостью (посттравматическая, постинсультная киста)
· Множественные жесткие преграды, по своим размерам сопоставимые с размерами аксона и микротрубочки, что соответствует заполнению дефекта нервной ткани биодеградируемым гелем.
При сравнении двух краевых условий определено, что при условии математического вакуума, гипюра вероятностного распределения вектора направления аксонального роста практически равномерна (рис.3). При условии наличия в зоне анализа пористой среды гипюра распределения вектора аксонального роста обладает достоверно выраженным преимущественным направлением, соответствующим его первичному вектору (рис.4).
Рис.3. Схема модели в условиях математического вакуума
Рис.4. Схема модели в условиях пористой среды
На основе математической модели медленной диффузии в пористых средах, применительно к аксональному росту показано преимущество применения биодеградируемого геля на основе волокон коллагена, которое заключается в стабилизации вектора аксонального роста. В дальнейшем при совершенствовании предложенной математической модели возможен переход от качественных к количественным характеристикам описываемого процесса. Это позволит давать рекомендации по индивидуальному подбору характеристик используемого биодеградируемого геля (длина, толщина, молекулярная масса нити коллагена, вязкость среды, и т.д.).
См. также:
Терапия экспериментального инфаркта миокарда у крыс с помощью сингенных мезенхимных стволовых клеток
Трансфекция мультипотентных мезенхимальных стромальных клеток (МСК) фактором роста эндотелия сосудов (VEGF)
Инфицированность кордовой крови и эмбрионов ранних сроков гестации
Инфицированность кордовой крови и возможные пути проникновения патогенных агентов в плод
Клетки кордовой крови и тканевые препараты в схеме лечения ожоговой болезни
Коррекция стрессового недержания мочи у женщин с использованием ткане-инженерной конструкции
Трансплантация аллогенных культивированных клеток в лечении экспериментальных глубоких ожоговых дефектов роговицы у кроликов
Влияние аутотрансплантации различных клеток костного мозга на состояние поврежденного миокарда в разные сроки после инфаркта
Применение фетальных и биологических материалов в лечении хронических гепатитов и циррозов печени
Перспективы развития национального законодательства российской федерации в области исследования и применения стволовых клеток
...
Обсудить на форуме
