Гидрогель с добавкой магнитоэлектрических наночастиц, помогающий организму восстановиться после травм мозга, синтезировали специалисты Томского политехнического университета (ТПУ) в составе международной научной коллаборации, 17 июля сообщает пресс-служба вуза.

Такой гидрогель обеспечит применение одновременно двух стратегий в терапии мозга после травмы. Магнитоэлектрические наночастицы используются для магнитной стимуляции, которая поможет восстановлению нейронных связей, а гидрогелевая основа дает противовоспалительный эффект.

Разработчики уже провели успешное тестирование геля в лабораторных условиях.

Результаты исследования, проведенного в рамках проекта РНФ «Новые магнитоэлектрические наноматериалы для беспроводной электростимуляции в нейрорегенеративной медицине», были представлены в статье, опубликованной в Journal of Materials Chemistry B (Q2, IF: 5.7).

Лечение таких повреждений центральной нервной системы, как черепно-мозговая травма, осложняется потерей нейронов при их слабой способности к регенерации. Поэтому эффективным методом лечения считается стимуляция миграции нервных стволовых клеток в поврежденный участок нервной ткани и их последующее преобразование в нейроны с помощью биологических, физических и химических сигналов.

Соавтор исследования, доцент Исследовательской школы химических и биомедицинских технологий ТПУ Роман Чернозем указал на возникающую при этом проблему:

«Однако вторичные повреждения после черепно-мозговой травмы, включая острое нейровоспаление, окислительный стресс, митохондриальную дисфункцию, также являются препятствиями для восстановления, так как могут усугубить повреждение нейронов и нанести ущерб окружающим здоровым тканям. В связи с этим появляется потребность в поиске комплексных решений, которые действуют и на восстановление нейронных связей, и на снижение воспаления».

Для решения данной проблемы исследователи синтезировали магнитоэлектрические наночастицы со структурой «ядро-оболочка», в которых магнитное ядро на основе феррита марганца покрыто перовскитной пьезоэлектрической оболочкой.

Воздействие переменного магнитного поля за счет магнитострикции незначительно меняет форму ядра наночастиц. При этом возникающее механическое напряжение деформирует их оболочки и они поляризуются за счет пьезоэлектрического эффекта. Таким образом без прямого контакта с помощью внешнего магнитного поля можно управлять электрической активностью частиц.

Разработчики инкапсулировали полученные наночастицы в гидрогель на основе коллагена, гиалуроновой кислоты и метформина.

«Исследования показали, что без магнитоэлектрических наночастиц магнитная стимуляция не способна активировать направленную дифференцировку нервных стволовых клеток в нейроны. Разработанные же наночастицы преобразуют внешнее магнитное поле в локальные электрические сигналы — именно это стимулирует формирование нейронной ткани», — отметил директор международного научно-исследовательского центра «Пьезо- и магнитоэлектрические материалы» ТПУ Роман Сурменев.

При этом гидрогелевая матрица с метформином оказывает противовоспалительное действие, защищает здоровые ткани, обеспечивает механическую поддержку поврежденного участка тканей, а также пролонгированную доставку наночастиц и лекарства точно в целевую зону. Эффективность такого геля продемонстрировали проведенные лабораторные тесты, в которых его применение обеспечило восстановление у животных пространственной ориентации и памяти.

Ученые в рамках этой международной группы намерены продолжить изучение влияния различных параметров магнитной стимуляции и концентрации препаратов в гидрогеле на эффективность восстановления черепно-мозговых травм, чтобы подобрать оптимальные решения для терапии.

В исследованиях нового гидрогеля приняли участие сотрудники Исследовательской школы химических и биомедицинских технологий ТПУ, Томского госуниверситета, Института катализа им. Борескова РАН, Центра био- и медицинских технологий Сколтеха, Научного центра фундаментальных и прикладных исследований в области биомедицины LIFT (Москва) и Сычуаньского университета (Китай).