Kortkorta nanopinnar bäst för hjärnan

Om elektroder i framtiden ska föras in i mänskliga hjärnor – i forskningssyfte eller för att behandla en sjukdom – kan det vara lämpligt att ge dem en "päls" av nanopinnar som gör dem mindre störande för hjärnvävnaden. Men då får dessa nanopinnar (nanowires) inte vara över en viss längd.

Det är slutsatsen av ett försök vid Lunds universitet, Neuronano Research Center, där man testat långtidsverkan av nanopinnar i olika storlek. Nanopinnarna har blandats in i en saltlösning som sprutats in i hjärnan på försöksdjur, och resultaten har sedan jämförts med enbart injektion av saltlösning.

De nanopinnar som var bara 2 mikrometer långa påverkade inte hjärnans vävnad mer än den rena saltlösningen, medan nanopinnar på 5 och 10 mikrometer orsakade inflammation i den omgivande hjärnvävnaden. Efter ett år fanns det också färre nervceller kvar i närheten av de längsta nanopinnarna, vilket tyder på att de med tiden haft en toxisk effekt.

– Vi såg också klumpar av döda celler med nanopinnar i, framför allt i samband med de längre pinnarna. Troligen är det immunförsvarsceller som försökt oskadliggöra det främmande materialet. Cellerna i immunförsvarets "städpatruller" är oftast upp till 10 mikrometer i diameter. De klarar därför inte av att omsluta de långa nanopinnarna, utan dör själva på kuppen, säger Cecilia Eriksson Linsmeier.

Hon är docent vid Neuronano Research Center, ett tvärvetenskapligt forskningscentrum i Lund där medicinska, tekniska och naturvetenskapliga forskare samarbetar för att utveckla elektroder som kan sättas in i hjärnan. Sådan teknik kan redan idag hjälpa patienter med Parkinsons sjukdom och epilepsi. Dagens elektroder är dock ganska stora och stela, vilket med tiden orsakar ärrvävnad i hjärnan och försämrar deras förmåga att påverka nervcellerna.

Forskarna vid Neuronano Research Center vill därför få fram elektroder som är både mindre och mer böjliga. Man vill också förse elektroderna med ett hölje av nanopinnar, vilket kan ge både en mer vävnadsvänlig yta och en bättre registrering av nervcellernas signaler. Men då är det viktigt att nanopinnarna, om de skulle brytas av från elektroden, inte skadar vävnaden.

– Vi har studerat ett "worst case scenario", nämligen vad som skulle hända om nanopinnar frigör sig från elektroden och sprider sig i hjärnvävnaden. För att gå vidare med forskningen om hjärnimplantat måste vi kunna förebygga alla tänkbara biverkningar, menar Cecilia Eriksson Linsmeier.

Av samma skäl har man låtit studien pågå ovanligt länge. Nanopinnarnas effekter på försöksdjuren har undersökts både tolv veckor och ett år efter injektionen i hjärnans vävnad. Ett år är i det här sammanhanget en extremt lång tid, halva råttans livslängd.

– Mycket förändras i hjärnan när djuret åldras. Vi fann också att de längre nanopinnarna hade vissa effekter som syntes först efter ett år. De korta nanopinnarna däremot gav ingen uppenbart skadlig effekt vare sig på kort eller lång sikt, säger forskaren.

Hon tror att gruppens fynd kan ha betydelse inte bara för framtida elektroder utan också i andra sammanhang, t.ex. för utvecklingen av nanopartiklar som bärare av läkemedel. Även då är det troligen viktigt att partiklarna görs så små att de inte retar immunförsvaret.

Size-dependent long-term tissue response to biostable nanowires in the brain
Lina Gällentoft, Lina M.E. Pettersson, Nils Danielsen, Jens Schouenborg, Christelle N. Prinz, Cecilia
Eriksson Linsmeier.
Biomaterials online december 2014

Kontakt:
Cecilia Eriksson Linsmeier, docent vid Neuronano Reserach Center, Lunds universitet, tel 046-2224107, 07-02 92 85 65, e-post cecilia.eriksson_linsmeier@med.lu.se

Presskontakt Medicinska fakulteten Lunds universitet: Katrin Ståhl, 046-222 0131, 0725-279797

Taggar: