Une illustration montre le processus développé à l'Université Rice qui utilise l'insertion d'atomes de potassium entre des couches de nanotubes de carbone à parois multiples pour les diviser en nanorubans de graphène. Ceci est suivi par l'ajout d'oxyde d'éthylène (non représenté) pour rendre les bords avec des additifs solubilisants de polyéthylène glycol sur les bords. Cela laisse les surfaces planes des nanorubans de graphène électriquement conducteurs intactes pour donner une surface conductrice pour la croissance des neurones entre les deux extrémités d'une moelle épinière sectionnée. Crédit:Le groupe de tournée
La combinaison de nanorubans de graphène fabriqués avec un processus développé à l'Université Rice et d'un polymère commun pourrait un jour être d'une importance cruciale pour la guérison de la moelle épinière endommagée chez les personnes, selon le chimiste de Rice James Tour.
Le laboratoire Tour a passé une décennie à travailler avec des nanorubans de graphène, à commencer par la découverte d'un procédé chimique pour les "dézipper" des nanotubes de carbone multiparois, comme l'a révélé un article de Nature en 2009. Depuis lors, les chercheurs les ont utilisés pour améliorer des matériaux comme les dégivreurs pour les ailes d'avion, de meilleures batteries et des conteneurs moins perméables pour le stockage du gaz naturel.
Maintenant, leur travail pour développer des nanorubans pour des applications médicales a abouti à un matériau appelé Texas-PEG qui peut aider à tricoter des moelles épinières endommagées ou même sectionnées.
Un article sur les résultats des tests préliminaires sur modèle animal paraît aujourd'hui dans la revue Neurologie Chirurgicale Internationale .
Nanorubans de graphène personnalisés pour un usage médical par William Sikkema, un étudiant diplômé de Rice et co-auteur principal de l'article, sont très solubles dans le polyéthylène glycol (PEG), un gel polymère biocompatible utilisé en chirurgie, produits pharmaceutiques et dans d'autres applications biologiques. Lorsque les nanorubans biocompatibles ont leurs bords fonctionnalisés avec des chaînes de PEG et sont ensuite encore mélangés avec du PEG, ils forment un réseau électriquement actif qui aide les extrémités sectionnées d'une moelle épinière à se reconnecter.
"Les neurones se développent bien sur le graphène car c'est une surface conductrice et cela stimule la croissance neuronale, ", a déclaré la tournée.
Dans des expériences à Rice et ailleurs, des neurones ont été observés en croissance le long du graphène.
« Nous ne sommes pas le seul laboratoire à avoir démontré la croissance de neurones sur du graphène dans une boîte de Pétri, " Il a dit. " La différence est que d'autres laboratoires expérimentent couramment avec de l'oxyde de graphène soluble dans l'eau, qui est beaucoup moins conducteur que le graphène, ou des structures non rubanées de graphène.
"Nous avons développé un moyen d'ajouter des chaînes polymères hydrosolubilisantes aux bords de nos nanorubans qui préserve leur conductivité tout en les rendant solubles, et nous commençons tout juste à voir le potentiel de cela dans les applications biomédicales, ", a-t-il déclaré. Il a ajouté que les structures de graphène en ruban permettent d'utiliser des quantités beaucoup plus petites tout en préservant une voie conductrice qui relie les moelles épinières endommagées.
Tour a déclaré que seulement 1% du Texas-PEG est constitué de nanorubans, mais cela suffit pour former un échafaudage conducteur à travers lequel la moelle épinière peut se reconnecter.
Texas-PEG a réussi à restaurer la fonction chez un rongeur avec une moelle épinière sectionnée dans une procédure réalisée à l'Université de Konkuk en Corée du Sud par les co-auteurs Bae Hwan Lee et C-Yoon Kim. Tour a déclaré que le matériau permettait de manière fiable aux signaux neuronaux moteurs et sensoriels de franchir le fossé 24 heures après la section complète de la moelle épinière et une récupération presque parfaite du contrôle moteur après deux semaines.
"C'est une avancée majeure par rapport aux travaux antérieurs avec le PEG seul, qui n'a donné aucune récupération des signaux neuronaux sensoriels sur la même période de temps et seulement 10 pour cent de contrôle moteur sur quatre semaines, ", a déclaré la tournée.
Le projet a commencé lorsque Sikkema a lu le travail du neurochirurgien italien Sergio Canavero. Sikkema pensait que les nanorubans pourraient améliorer la recherche qui dépendait de la capacité du PEG à favoriser la fusion des membranes cellulaires en ajoutant la conductivité électrique et le contrôle directionnel des neurones alors qu'ils couvraient l'espace entre les sections de la moelle épinière. Le contact avec le médecin a conduit à une collaboration avec les chercheurs sud-coréens.
Tour a déclaré que le potentiel du Texas-PEG pour aider les patients souffrant de lésions de la moelle épinière est trop prometteur pour être minimisé. "Notre objectif est de développer cela comme un moyen de traiter les lésions de la moelle épinière. Nous pensons que nous sommes sur la bonne voie, " il a dit.
"Il s'agit d'une analyse neurophysiologique passionnante suite à la rupture complète d'une moelle épinière, ", a déclaré Tour. "Ce n'est pas une étude comportementale ou locomotrice de la réparation ultérieure. L'analyse locomotrice tangentielle singulière est ici un marqueur intrigant, mais ce n'est pas dans un ensemble statistiquement significatif d'animaux. Les prochaines phases de l'étude mettront en évidence les compétences locomotrices et comportementales avec une pertinence statistique pour évaluer si ces qualités suivent la neurophysiologie favorable que nous avons enregistrée ici."
