Nervenschädigenden Chloride in den Zellen reduziert um Carbon Nanotubes
Ein Nanomaterial von den Forschern an der Duke Engineering kann helfen regulieren Chloridkonzentrationen in Nervenzellen, die zu chronischen Schmerzen beitragen Epilepsie und traumatischer Hirnverletzung .
Die Ergebnisse , online veröffentlicht in der Zeitschrift klein ist,wurden in einzelnen Nervenzellen als auch im Gehirn von Mäusen und Ratten gezeigt, und kann zukünftige Anwendungen in intrakraniellen oder Rücken Geräte zur Unterstützung der Behandlung neuronaler Verletzungen haben .
Kohlenstoff-Nanoröhren sind ein Nanomaterial mit einzigartigen Eigenschaften , einschließlich mechanischer Festigkeit und elektrische Leitfähigkeit. Diese Eigenschaften , zusammen mit ihrer geringen Größe , machen sie attraktiv für Forscher in Technik und Medizin gleichermaßen.
In einer Welt der schrumpfenden Computern und Smartphones, sind Kohlenstoffnanoröhrchen als Lösung für die Verbesserung der Mikrochips erschlossen . Sie übertreffen Silizium -Mikrochips in Größe und Leistung , einen Bedarf für kleinere, schnellere Geräte. Für Menschen mit Nervenverletzung und bestimmte neurologische Störungen , Geräte mit beschichteten oder ganz aus Kohlenstoff-Nanoröhren hergestellt könnte einen neuen Weg für die Verbesserung der Behandlungsmöglichkeiten bieten .
" Kohlenstoffnanoröhrchen sind äußerst viel versprechend für eine Reihe von Anwendungen , und wir sind erst am Anfang , um ihr enormes Potenzial sehen", sagte führen Autor Wolfgang Liedtke, MD, PhD, Associate Professor für Medizin und Neurobiologie an der Duke . " Ihre außergewöhnliche mechanische und elektrische Eigenschaften machen sie ideal für die Entwicklung von Geräten, die mit Nervengewebe zu verbinden. , Die genauen Mechanismen hinter Kohlenstoff-Nanoröhren und ihre Wirkung auf Nervenzellen bleiben jedoch schwer zu fassen. "
Nicht alle Kohlenstoffnanoröhren sind gleich. Jie Liu , PhD, George Barth Geller Professor für Chemie an der Duke University und Senior- Autor der Studie , entwickelt spezifische Kohlenstoff-Nanoröhren , die außerordentlich rein sind. Bezeichnet paar einwandigen Kohlenstoff-Nanoröhren , haben sie hervorragende Eigenschaften , um ihre im Handel erhältlichen Gegenstücke.
Herzog Forscher zunächst dargelegt, um zu beurteilen , ob Kohlenstoffnanoröhren hatten toxische oder schädliche Auswirkungen auf lebendes Gewebe . Studieren Neuronen aus Nager kultiviert , was einem " Großhirnrinde in einer Schale ", fanden sie das Gegenteil. Aussetzen der Zellen an Kohlenstoffnanoröhrchenschien eine pflegende Wirkung auf die Neuronen , so dass sie größer und stärker.
" Frühere Studien haben auf das Verhalten von Kohlenstoff-Nanoröhren auf Neuronen sah . Doch die Verunreinigung in den Nanoröhren deutlich die Ergebnisse beeinflusst. Nachdem wir entwickelt pure paar einwandigen Kohlenstoff-Nanoröhren in unserem Labor haben wir entdeckt, dass Nanoröhren tatsächlich beschleunigt das Wachstum der neuronalen Zellen signifikant ", sagte Liu .
Neuronale Schaltkreise können durch erhöhte Chlorid innerhalb Nervenzellen beschädigt. Eine Reihe von Erkrankungen beinhalten solche neuronalen Schaltkreis Schäden, einschließlich chronische Schmerzen , Epilepsie und traumatische Hirnverletzung .
Geringen Mengen Chlorid in Neuronen durch ein Chloridtransporterproteingenannte KCC2 , die durch Buttern Chloridionen aus der Zelle fungiert gehalten. In reifen Neuronen gibt es keine Back-up für diese Funktion.
Die unreifen Nervenzellen im Labor gezüchtet Liedtke hatte hohe Chlorid , aber die Zellen gereift , ließen ihre Chloridkonzentrationen als KCC2 erhöht. Wenn die Neuronen wurden auf Kohlenstoff-Nanoröhren ausgesetzt , ausgereift die Zellen viel schneller , und die Chloridkonzentrationen schneller fallen . Forscher gelernt, dass jüngere Zellen zu Kohlenstoff-Nanoröhrchen ausgesetzt produziert mehr KCC2 Protein.
" Kohlenstoff-Nanoröhrchen verstärkte Regulierung von Chlorid in Nervenzellen auf ein normales Niveau . Diese Veränderungen sind von enormer Bedeutung für die Zelle ", so Liedtke .
Der Anstieg der KCC2 -Protein wurde auch zu einem Anstieg der verbundenen Kalzium in den Neuronen . Der erhöhte Calciumspiegel aktiviert ein Protein im Gehirn namens CaMKII die eine Neuronensignalemehr KCC2 machen gefunden.
Ähnliche Ergebnisse wurden in Mäusen Gehirnen beobachtet , da die Kohlenstoffnanoröhren löste eine Erhöhung der Aktivität der KCC2 -Gens , was nahelegt , dass die wenigen einwandigen Kohlenstoff-Nanoröhren Einfluß Genregulation KCC2 .
Diese Ergebnisse können zur Entwicklung einer neuen Generation von neuronalen Engineering Geräte mit Kohlenstoff-Nanoröhrchen führen . Vorhandene Geräte, die die Funktion der Nervenzellen zu modulieren, verwenden elektrische Systeme, die mehrere Jahrzehnte zurückliegen .
" Wir hoffen, dass Kohlenstoffnanoröhren werden als auch in verletzten Nerven arbeiten, wie sie in unserer Studie von sich entwickelnden Neuronen getan" Liedtke fortgesetzt. "Der Einsatz von Kohlenstoff-Nanoröhren ist nur in den Kinderschuhen, und wir freuen uns, Teil eines Entwicklungsfeldmit so viel Potenzial. "