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创伤性脑损伤的治疗方法

头部受到打击或在战场上产生强烈的冲击波,可能会立即对人的头骨及其下面的组织造成重大损害。但是创伤不止于此。这种影响在大脑中引发了化学反应,破坏了神经元以及向神经元提供营养和氧气的网络。

颅脑外伤(TBI)的次要影响可能导致长期的认知,心理和运动系统损害,这引起了NJIT生物医学工程师团队的兴趣。为了对付它们,他们正在开发一种在受伤部位注射的疗法,这显示出早期迹象表明它可以保护神经元并刺激受损组织中的血管再生。

研究人员说,面临的挑战是脑细胞不能像骨骼这样的其他组织再生,这可能是保存保留记忆的突触连接的进化策略。迄今为止,还没有有效的方法来恢复受损的神经元。人体的保护机制还使其难以穿透血脑屏障,从而阻碍了药物的输送。

“神经细胞通过产生过量的谷氨酸来应对创伤,谷氨酸是一种正常情况下促进学习和记忆的神经递质,但在毒性水平下会过度兴奋细胞,导致它们分解。脑外伤还可能导致免疫系统的激活和募集。细胞,它会通过破坏细胞周围的结构并创造慢性炎症环境而导致炎症,从而导致短期和长期的神经功能障碍。”生物医学工程博士后研究员Biplab Sarkar说道,这项工作在最近的美国化学学会会议上进行。

该小组的治疗方法是由实验室创建的依帕定敏模拟物(一种被证明可在损伤后保护神经元的蛋白质)附着在输送平台上,该平台是由Vivek Kumar开发的一种水凝胶中的短肽链,新泽西理工大学生物材料药物开发,发现和交付实验室主任。注射后,水凝胶中的肽在局部损伤位点重新组装成纳米纤维支架,该支架模仿细胞外基质(细胞的支持结构)。这些柔软的材料具有类似于脑组织的机械性能,从而改善了它们的生物相容性。它们促进了各种干细胞的快速浸润,这些干细胞充当了再生的前体,也可能提供仿生生态位来保护它们。

现在在临床前动物试验中,注射水凝胶的大鼠在损伤部位保留的功能神经元数量是对照组的两倍。他们还在该地区形成了新的血细胞。

“我们的想法是在适当的时间和地点进行干预,以最大程度地减少或逆转损害。我们通过在该地区产生新的血管来恢复氧气交换(在患有TBI的患者中减少了这种交换),并创造了一个环境来做到这一点。受伤后受损的神经元会得到支持,并可以壮成长。”“虽然目前正在研究这些物质的确切作用机理,但是它们的功效正在变得明显。但是,我们的结果需要扩展,以便更好地在细胞水平上更好地理解这些机制以及它们的长期功效。以及由此带来的行为改善。”

生物医学工程学副教授James Haorah和他在新泽西理工学院伤害生物力学,材料和医学中心的研究生Xiaotang Ma展示了许多与TBI相关的化学作用如何破坏和破坏血脑中的整体脑血管屏障,即大脑的保护边界,促进了慢性炎症,慢性炎症可能导致诸如创伤后应激障碍和焦虑症等症状。他们目前的工作提供了对Kumar实验室材料指导的潜在神经保护和再生反应的见解,而未来的研究将试图分析大脑炎症和血流的其他介质。

Kumar的传递机制是一种可定制的,类似于乐高的链,由称为肽的短蛋白制成,由氨基酸组成,一端附着有生物剂,可以在体内存活数周甚至数月,而其他生物材料会迅速降解。 。它的自组装键设计得比人体的分散力更强。它形成稳定的纤维,没有引起炎症的迹象,迅速整合到特定组织和胶原蛋白中,募集天然细胞进行浸润。还由氨基酸组成的水凝胶经过工程设计,可根据所附着的有效载荷触发不同的生物反应。这些平台可以在一天,一周或一个月的时间内运送毒品和其他小货物。库玛尔

他说:“最终的希望是,再生材料的局部递送可以为许多病理学带来重大益处。”

例如,研究小组最近开发了一类可能对感染有用的材料。这些新颖的抗微生物肽能够破坏致密的细菌菌落,并显示出对许多酵母的前景。另外,它们促进人类细胞增殖,目前正在研究伤口愈合。该研究成果于今年夏天发表在《 ACS生物材料科学与工程》杂志上。

Kumar和他的实验室创造了另一种水凝胶,旨在将自体(人自己)的牙髓干细胞直接吸收到根管治疗后的消毒腔中。通过促使必要的血管生长以支持新组织,牙齿将部分再生。具有抗血管生成能力的另一种基于肽的疗法针对糖尿病性视网膜病,该疾病是一种眼病,影响全世界超过9000万人。患有这种疾病的人在视网膜中形成未成熟的血管,从而阻碍了他们的视力。可以将水凝胶直接注入眼睛的玻璃体凝胶中,在此处该肽与异常血管中的内皮细胞相互作用,导致它们死亡。

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