Biomaterial piezoelétrico oferece novo potencial de tratamento para lesões do sistema nervoso central

Pesquisadores de Bath criam novo material para tratar lesões do sistema nervoso central e doenças neurodegenerativas, oferecendo esperança de novas terapias

Pesquisadores da Universidade de Bath e da Universidade de Keele inventaram um novo material composto que pode ajudar as células-tronco neurais a crescer

O material tem potencial para uso em novos tratamentos para lesões do sistema nervoso central e doenças neurodegenerativas

Feito de celulose e partículas piezocerâmicas, o compósito é sustentável e possui uma série de propriedades que significam que pode ajudar a reparar traumas cerebrais e medulares

Além de lesões traumáticas, o material poderá ser usado para tratar doenças como Alzheimer e Parkinson.

Um novo material transplantável eletricamente ativo que pode ajudar a regenerar células do cérebro e da medula espinhal poderia redefinir as perspectivas de recuperação de pacientes que sofrem lesões que alteram a vida ou sofrem de doenças neurodegenerativas.

O compósito piezoelétrico de celulose 3D, inventado por especialistas da Universidade de Bath e da Universidade de Keele e detalhado em um artigo de pesquisa publicado hoje, pode ser usado como um 'andaime' personalizado no qual as células-tronco neurais (NSCs) podem ser entregues com precisão às lesões locais, ajudando a reparar e regenerar eficazmente neurônios e tecidos associados cruciais para a recuperação.

A equipe de engenheiros, químicos e neurocientistas afirma que o material oferece potencial para criar novos tratamentos para ajudar a restaurar as funções motoras, sensoriais ou cognitivas de pessoas que sofreram lesões no sistema nervoso central (SNC) ou doenças neurodegenerativas, como Alzheimer e Parkinson. . Causadas por trauma no cérebro ou na medula espinhal, as lesões do SNC afetam milhões de pessoas em todo o mundo e estão entre as condições médicas mais difíceis de tratar.

Hamideh Khanbareh, professor sênior do Departamento de Engenharia Mecânica da Universidade de Bath e membro do Centro de Materiais, Processos e Estruturas Integrados (IMPS), disse: “Este é um biomaterial inovador, que tem o potencial de redefinir as perspectivas de recuperação de lesões do sistema nervoso central ou doenças neurodegenerativas Oferece a esperança de tratamentos futuros que possam ajudar os pacientes a recuperar funções cruciais para a mudança de vida.

“Também oferece aos médicos a possibilidade de criar ferramentas terapêuticas para o tratamento de condições deste tipo e estabelece uma nova classe de biomateriais versáteis que combinam sinais mecânicos, elétricos e biológicos.

“Tal como acontece com qualquer nova tecnologia médica, ainda há muitos passos a serem dados para passar da bancada do laboratório para a beira do leito, mas estamos encorajados por termos sido capazes de criar um compósito novo, altamente sofisticado e sustentável, que combina várias qualidades desejáveis ​​e poderia ser usado em uma variedade de aplicações.”

Material multifuncional oferece potencial terapêutico

Detalhado em uma nova pesquisa publicada hoje (6 de janeiro de 2025) na revista Cell Reports Physical Sciences, o material compósito é feito de partículas piezocerâmicas de celulose e niobato de sódio e potássio (KNN). Os implantes de “andaime” que podem ser criados com ele parecem pequenos tubos semelhantes a papel, que podem ser feitos sob medida para pacientes individuais.

A chave para o potencial clínico do compósito é a sua natureza versátil e multifuncional, e o uso de celulose – um componente estrutural amplamente disponível em plantas e algas – significa que é altamente sustentável.

Criada através de um processo denominado congelamento direcional, sua estrutura é otimizada para estimular o crescimento de células em uma direção específica – à medida que crescem na medula espinhal – o que significa que podem reparar e unir tecidos danificados por lesões traumáticas e reparar vias elétricas. que transportam sinais do cérebro. O material também é poroso, com espaço para novas células crescerem naturalmente, imitando a rede tridimensional do corpo.

Além disso, é biodegradável por enzimas, por isso pode dissolver-se no corpo assim que o implante cumprir a sua função.

Mais importante ainda, as micropartículas cerâmicas têm propriedades piezoelétricas – o que significa que criam carga elétrica quando colocadas sob estresse ou através do movimento do corpo, dando às células-tronco o estímulo de que precisam para crescer.

A combinação destas propriedades, e a forma como permitem que uma estrutura seja estruturada, tornam o material ideal como veículo para a entrega de células estaminais neurais, e para que cresçam e se diferenciem nas células neurais funcionais necessárias para a reparação e recuperação.

Tratamentos personalizados uma aplicação potencial

Dr. Vlad Jarkov, pesquisador PhD no Departamento de Química de Bath, foi o investigador principal da pesquisa. Ele diz que o material oferece um potencial significativo para futuros tratamentos personalizados: “Uma maneira de aplicar isso seria usar uma tomografia computadorizada de um local de lesão para modelar um implante 3D muito preciso que pudesse atender às necessidades específicas de um paciente, preenchendo com precisão as lacunas causadas por lesão no cérebro ou na medula espinhal.

“Concentrar-se em encontrar uma maneira de ajudar o crescimento das células-tronco neurais é muito desafiador, pois elas estão entre as células mais complexas do nosso corpo. Tivemos que recorrer a uma série de conhecimentos – em engenharia mecânica, química, neurociência e ciência de materiais, para chegar a este ponto.

“Como tratamento médico avançado e personalizado, requer mais desenvolvimento para se tornar uma realidade nos nossos hospitais, mas temos esperança de que este seja o início da busca de uma solução para ajudar as muitas pessoas em todo o mundo que sofrem lesões cerebrais e medulares que alteram a vida. .”

O desenvolvimento futuro do compósito e dos implantes incluirá testes de biocompatibilidade e eficácia, maior otimização dos materiais e métodos de fundição por congelamento e aumento da produção, bem como aprovação regulatória.

O papel Compósitos de celulose piezoelétrica 3D como implantes multifuncionais avançados para transplante de células-tronco neurais é publicado hoje em Cell Reports Ciências Físicas.

A pesquisa foi financiada por ex-alunos da Universidade de Bath por meio da bolsa de doutorado Hughes e apoiada pelo Instituto de Tecnologias Sustentáveis ​​e Circulares (ISCT) da Universidade.