Rurka nerwowa z drukarki 3D pomoże odzyskać sprawność po urazie

Gdy nerw w ręce czy nodze zostaje przerwany, mózg traci kontakt z mięśniami na długie miesiące. Zespół badaczy z Poznania i współpracujących ośrodków opracował drukowaną strukturę, dzięki której komórki nerwowe potrafią samodzielnie wędrować i tworzyć nowe połączenia.

Urazy nerwów obwodowych to codzienność chirurgów i neurologów. Wystarczy przecięcie nerwu podczas wypadku, poważne skaleczenie w pracy czy pomyłka podczas operacji, by ręka lub noga nagle przestały należeć do pacjenta – pojawia się brak czucia, osłabienie, czasem całkowity paraliż. Organizm potrafi takie nerwy częściowo odtwarzać, ale tylko na niewielkich odcinkach. Przy większej przerwie – kilku centymetrów i więcej – natura sobie nie radzi, a powrót funkcji bywa niepełny, nawet po latach.

Standardem jest dziś łatka z własnego nerwu. Chirurg wycina fragment mniej ważnego nerwu, np. z łydki i wszywa go w miejsce uszkodzenia. To działa, ale ma wysoką cenę w postaci drugiej blizny oraz utraty czucia w innym miejscu ciała. W dodatku długość pobranego fragmentu jest ograniczona. Od lat szuka się więc sztucznych tuneli nerwowych, czyli cienkich rurek, które prowadzą odrastające wypustki nerwowe do połączenia przerwanych tkanek. Problem w tym, że obecne rurki są zbyt prymitywne. To głównie gładki plastik lub kolagen, bez skomplikowanego wnętrza i sygnałów, jakie komórki nerwowe czują w prawdziwej tkance.

W nowej pracy opublikowanej w czasopiśmie Biofabrication (https://dx.doi.org/10.1088/1758-5090/ae0550) zespół kierowany przez dr Jagodę Litowczenko z Centrum Zaawansowanych Technologii UAM, proponuje bardziej „inteligentne” rozwiązanie. Naukowcy stworzyli GrooveNeuroTube – rurkę, która łączy w sobie sztywny szkielet, miękki żel podobny do żywej tkanki, czynniki wzrostu oraz dodatek przeciwbakteryjny. A potem sprawdzili, czy komórki nerwowe potrafią przez taki tunel samodzielnie wędrować i dojść do drugiego końca.

Szkielet GrooveNeuroTube powstał z polikaprolaktonu – bioplastiku używanego już w implantach medycznych. Został wydrukowany w 3D jako cienka siatka włókien, a następnie zrolowany w rurkę długości około 1,5 cm. Na tym rusztowaniu osadzono hydrożel, czyli miękki, silnie uwodniony materiał przypominający bardzo delikatną galaretkę. Użyto mieszaniny dwóch składników naturalnie występujących w organizmie: kwasu hialuronowego (obecnego m.in. w skórze i mazi stawowej) oraz żelatyny pochodzącej z kolagenu.

Do takiego żelu badacze dodali koktajl białek wspomagających wzrost nerwów, tzw. czynników wzrostu. Działają one jak drogowskazy chemiczne: zachęcają komórki nerwowe, by rosły w określonym kierunku i wypuszczały dłuższe wypustki (neurity). Dodatkowo wprowadzono lizozym – enzym o działaniu przeciwbakteryjnym, który ma w przyszłości pomóc chronić implant przed zakażeniem.

Kolejny krok to umieszczenie w rurce komórek. Naukowcy użyli komórek F11. To linia komórkowa naśladująca neurony czuciowe z tzw. zwojów grzbietowych, ważnych w przewodzeniu bodźców bólowych i dotykowych. Zawieszono je w kolagenowym żelu i z pomocą bioprintera, urządzenia drukującego tuszem złożonym z komórek i żelu, naniesiono na oba końce rurki. Powstał w ten sposób model przerwanego nerwu: dwa kłębki komórek na krańcach i pusta przestrzeń pośrodku, którą trzeba z czasem wypełnić.

Przez kolejne 60 dni badacze śledzili, jak komórki zachowują się w takim środowisku. Już po czterech tygodniach komórki z obu końców zdołały wniknąć w głąb rurki tak daleko, że spotkały się w jej środku. Pokonały około 8 mm z każdej strony. Po dwóch miesiącach większość wnętrza tunelu była wypełniona komórkami, które nie tylko żyły, ale też tworzyły długie wypustki i sieć połączeń przypominającą młodą tkankę nerwową.

Naukowcy porównali kilka wersji systemu: samą rurkę bez czynników wzrostu, rurkę z czynnikami oraz rurkę z czynnikami, dodatkowo pobudzaną impulsowym polem elektromagnetycznym (PEMF). To słabe, rytmiczne pole magnetyczne, coś w rodzaju magnetycznego masażu stosowanego przez cztery godziny dziennie. Okazało się, że najlepsze efekty daje połączenie wszystkich trzech elementów. W tej grupie komórki przemieszczały się średnio prawie dwa razy dalej niż bez czynników wzrostu, a najdłuższe wypustki po 60 dniach sięgały prawie pół milimetra. Odsetek żywych komórek przekraczał 95 proc.

Autorzy pracy podkreślają, że na zastosowania kliniczne jest jeszcze za wcześnie. Struktura GrooveNeuroTube jest obecnie bardzo realistycznym modelem uszkodzonego nerwu w warunkach laboratoryjnych. Dzięki niej można już dziś przetestować różne składy żelu, dawki czynników wzrostu czy schematy stymulacji w takim drukowanym tunelu. To oznacza szybszy rozwój metod leczenia i mniejszą liczbę doświadczeń na zwierzętach.

Sama koncepcja rurki łączącej rusztowanie, miękki żel, sygnały chemiczne i ochronę przed bakteriami jest, jednakże bardzo bliska temu, czego potrzebują chirurdzy naprawiający nerwy po poważnych urazach. W przyszłości podobna inteligentna rurka mogłaby być wszczepiana pacjentowi w miejsce przerwanego nerwu. Dla osób po wypadkach komunikacyjnych, urazach ręki czy operacjach onkologicznych oznaczałoby to większą szansę na powrót czucia i sprawności przy mniejszej liczbie zabiegów.

W badaniu uczestniczyli naukowcy z Uniwersytetu Adama Mickiewicza w Poznaniu i Instytutu Fizyki Molekularnej PAN oraz współpracujący badacze z Niemiec, Hiszpanii, Szwajcarii i Czech. (PAP)

kmp/ agt/, fot.pixabay.com

Data publikacji: 17.11.2025 r.