Регулирование роста шванновских клеток с помощью наносекундного импульсного электрического поля для регенерации периферических нервов in vitro

Каждый год миллионы людей страдают от повреждения нервов, затрагивающих как периферическую нервную систему (ПНС), так и центральную нервную систему (ЦНС)¹. Исследования показали, что аксональная восстановительная способность ЦНС после повреждения нерва достаточно ограничена, в то время как ПНС демонстрирует повышенную способность благодаря значительной пластичности СК². Тем не менее, достижение полной регенерации после травм периферических нервов остается трудной задачей и продолжает представлять серьезную проблему для здоровья человека ^3,4. В настоящее время аутотрансплантаты остаются распространенным методом лечения, несмотря на недостатки заболеваемости донорских участков и ограниченную доступность⁵. Эта ситуация побудила исследователей изучить альтернативные методы лечения, включая материалы⁶,^{молекулярные факторы} 7 и электрическую стимуляцию (ЭС). В качестве фактора^, способствующего росту аксонов и регенерации нервов8, выбор подходящего метода ЭС и изучение взаимосвязи между ЭС и СК становятся важными.

СК являются основными глиальными клетками ПНС, играющими решающую роль в регенерации ПНС ^9,10. После повреждения периферических нервов СК претерпевают быструю активацию, обширное^{перепрограммирование 2} и переход из миелинообразующего состояния в морфологию, поддерживающую рост, для проведения регенерации нерва². Значительная пролиферация СК происходит на дистальном конце поврежденного нерва, в то время как СК дистальной культи подвергаются пролиферации и удлинению, образуя полосу Бангнера, которая необходима для направления аксонов к органу-мишени¹¹. Кроме того, СК из проксимального и дистального отделов культи нерва мигрируют в нервный мостик, образуя СК, способствующие регенерации аксонов¹². Кроме того, предыдущие исследования показали, что синтез и секреция соответствующих факторов, связанных с СК, изменяются в случаях регенерации периферических нервов, включая транскрипционные факторы¹³, нейротрофические факторы¹⁴ и регуляторы миелинизации¹³. Это также дает индикаторы для оценки активности СК. Основываясь на них, было широко исследовано содействие пролиферации, миграции, синтезу и секреции соответствующих факторов СК для^{улучшения регенерации} периферических нервов.

Предыдущие исследования продемонстрировали возможность использования ЭС для регенерации нервов¹. Широко распространенное объяснение состоит в том, что ЭС может индуцировать деполяризацию клеточных мембран, изменять мембранный потенциал и влиять на функции мембранных белков, изменяя распределение зарядов на этих^{биомолекулах.} Тем не менее, широко применяемый интенсивный ПСЭФ может вызвать сильную боль, непроизвольные сокращения мышц и фибрилляцию сердца⁸. Он также повышает активность креатинкиназы (КФК), снижает мышечную силу и вызывает развитие отсроченной мышечной болезненности (СОМБ)¹⁶. nsPEF – это новый метод, который стимулирует испытуемых высоковольтными электрическими полями в течение наносекундного импульса, и постепенно используется^{в исследованиях} на клеточном ^{уровне.} В предыдущих исследованиях сообщалось, что возможным обоснованием nsPEF, способствующего пролиферации клеток и активности органелл, является образование мембранных нанопор и активация ионных каналов, что приводит к увеличению концентрации цитоплазматического^{Ca2+ 19}. nsPEF использует технологию импульсной мощности для зарядки клеточной мембраны, производя импульсы, характеризующиеся короткой продолжительностью, быстрым временем нарастания, высокой мощностью и низкой плотностью энергии²⁰. Эти характеристики позволяют предположить, что nsPEF может быть предпочтительным режимом с минимальными побочными эффектами стимуляции⁸. Кроме того, nsPEF обладает такими преимуществами, как минимально инвазивные процедуры, обратимость, регулируемость и неразрушаемость нервных тканей по сравнению с хирургическими вмешательствами. Одним из основных направлений исследований nsPEF в биомедицинской области является его применение для абляции опухолевой ткани с использованием высокоэнергетической стимуляции электрическим полем 21,22,23. Некоторые результаты исследований указывают на то, что 12-nsPEF может стимулировать периферические нервы, не вызывая повреждения²⁴. Тем не менее, в настоящее время существуют ограниченные данные относительно применения nsPEF в области регенерации нервов. Кроме того, стимуляция СК с помощью nsPEF является новаторской попыткой, способствующей дальнейшим исследованиям in vivo и клиническим исследованиям. В этом исследовании изучается, может ли стимуляция СК nsPEF способствовать регенерации нервов и обеспечить надежную основу для последующих углубленных и систематических исследований.