เส้นประสาทส่วนปลายมีหน้าที่ในการเคลื่อนไหวของกล้ามเนื้อ สัมผัสอุณหภูมิ และแม้กระทั่งการหายใจเข้าและหายใจออก แต่ประกอบด้วยเส้นใยที่เปราะบางซึ่งเสี่ยงต่อโรคและการบาดเจ็บ นักวิจัยของ Penn State ใช้เงินช่วยเหลือ 5 ปีมูลค่า 2.14 ล้านดอลลาร์จากสถาบันสุขภาพแห่งชาติของสถาบันโรคทางระบบประสาทและโรคหลอดเลือดสมองเพื่อพัฒนาโครงสร้างเส้นประสาทที่ย่อยสลายได้ทางชีวภาพ เพื่อเพิ่มการรักษาเส้นประสาทที่เสียหายได้ง่ายให้ได้มากที่สุด วิธี
“โฟเลตและซิเตรตช่วยเสริมสร้างวิถีทางที่แตกต่างกันเพื่อช่วยในการสร้างเนื้อเยื่อใหม่ และเรามีทั้งสองอย่างในวัสดุชีวภาพชนิดเดียว” Jian Yang ผู้วิจัยหลัก ศาสตราจารย์ด้านวิศวกรรมชีวการแพทย์ในวิทยาลัยวิศวกรรมศาสตร์แห่งเพนน์สเตทซึ่งสังกัดสถาบันวิจัยวัสดุกล่าว “เราได้ทำงานกับซิเตรตในวัสดุชีวภาพมานานกว่า 16 ปีแล้ว นักวิจัยทราบมานานแล้วว่าข้อดีอย่างหนึ่งของการใช้ซิเตรตเป็นส่วนประกอบสำคัญสำหรับวัสดุชีวภาพก็คือเมื่อวัสดุเสื่อมสภาพ ซิเตรตจะช่วยควบคุมการเผาผลาญของเซลล์ ซึ่งจะควบคุมการสร้างความแตกต่างของเซลล์ต้นกำเนิดเพื่อช่วยในการสร้างเนื้อเยื่อขึ้นมาใหม่”
การใช้ซิเตรตในวัสดุชีวภาพไม่ใช่เรื่องใหม่ แต่การเติมกรดโฟลิกหรือวิตามิน B9 ลงในกระดูกสันหลังของพอลิเมอร์ของโครงสร้างเส้นประสาทนั้น โฟเลต — หนึ่งในวิตามินสำคัญที่พบในวิตามินก่อนคลอดเนื่องจากมีบทบาทสำคัญในการพัฒนาระบบประสาทส่วนกลาง — ยังมีบทบาทสำคัญในการช่วยให้ระบบประสาทส่วนปลายพัฒนา
เส้นประสาทส่วนปลายมีองค์ประกอบหลักสองส่วน: แอกซอนและเซลล์ชวาน แอกซอนส่งสัญญาณจากร่างกายไปยังสมองและกลับมาอีกครั้ง Yang กล่าวว่าเซลล์ Schwann “ปูถนน” สำหรับซอน และโฟเลตช่วยให้เซลล์ Schwann เคลื่อนที่ไปยังจุดที่ถูกต้อง
“เซลล์ชวานเป็นเหมือนทางเท้าที่ซอนสามารถเติบโตได้” หยางกล่าว “เราพบว่าโฟเลตสามารถส่งเสริมการย้ายเซลล์ของ Schwann หรือ ‘การปูถนน’ ซึ่งเป็นขั้นตอนสำคัญในการส่งเสริมการสร้างเส้นประสาทใหม่ เนื่องจากเส้นประสาทต้องข้ามช่องว่างเพื่อเติบโตและเชื่อมต่อใหม่”
ช่องว่างนี้หรือข้อบกพร่องของเส้นประสาทหรือจุดที่เกิดความเสียหายเป็นที่ที่นักวิจัยจะวางท่อร้อยสายเส้นประสาทที่ได้รับการออกแบบและเสริมโฟเลตเพื่อกระตุ้นการสร้างเส้นประสาท
“ผู้คนอาจถามว่า ‘ทำไมฉันไม่กินโฟเลตง่ายๆ ล่ะ’” หยางกล่าว “แต่เราค้นพบว่ากุญแจสำคัญในการซ่อมแซมคือการส่งโฟเลตที่มีความเข้มข้นสูงในท้องถิ่นเพื่อส่งเสริมการย้ายเซลล์ของชวานน์และการสร้างซอนใหม่”
นักวิจัยยังสามารถใช้โฟเลตเพื่อปรับเปลี่ยนโครงสร้างทางกายภาพของ DNA เพื่อควบคุมวิธีที่เซลล์พัฒนาในระหว่างการงอกใหม่ได้ดีขึ้น
“เราไม่ได้เปลี่ยนลำดับดีเอ็นเอ แต่เราปรับเปลี่ยน DNA ผ่าน DNA methylation เพื่อควบคุมความแตกต่างของเซลล์ประสาทเพื่อสร้างเส้นประสาทขึ้นใหม่” Yang กล่าว “เรียกว่าการกระตุ้นอีพีเจเนติก ผู้คนระบุแล้วว่าโฟเลตสามารถเป็นปัจจัยเกี่ยวกับอีพีเจเนติกได้ แต่ไม่มีใครรวมโฟเลตเข้ากับวัสดุชีวภาพเพื่อสร้างท่อส่งเส้นประสาท”
นอกเหนือจากการพัฒนาโครงนั่งร้านเส้นประสาทด้วยโฟเลตและซิเตทแล้ว นักวิจัยยังวางแผนที่จะใช้การถ่ายภาพด้วยโฟโตอะคูสติกเพื่อติดตามอย่างใกล้ชิดว่าวัสดุเสื่อมสภาพอย่างไรและเนื้อเยื่อเกิดใหม่อย่างไร ตลอดจนผลลัพธ์อื่นๆ Co-PI Raj Kothapalli ผู้ช่วยศาสตราจารย์ด้านวิศวกรรมชีวการแพทย์ของ Penn State จะเป็นผู้นำด้านเทคนิคการถ่ายภาพแบบไม่รุกล้ำนี้
“เมื่อพูดถึงการสร้างเนื้อเยื่อที่ซับซ้อน ไม่มีห้องแล็บใดที่สามารถทำงานได้ทั้งหมด” Yang กล่าว “คุณต้องการความเชี่ยวชาญจากหลากหลายสาขา ซึ่งเป็นเหตุผลว่าทำไมลักษณะการทำงานร่วมกันของโครงการนี้จึงมีความสำคัญมาก”
ผู้ร่วมวิจัยคนอื่นๆ ในโครงการนี้ ทั้งหมดมาจาก Penn State คือ: Sulin Zhang ศาสตราจารย์ด้านวิศวกรรมศาสตร์และกลศาสตร์และวิศวกรรมชีวการแพทย์ ซึ่งสังกัดสถาบันวิจัยวัสดุและภาควิชาวัสดุศาสตร์และวิศวกรรมในวิทยาลัย ของธรณีศาสตร์และธรณีศาสตร์; Cheng Dong ศาสตราจารย์ด้านวิศวกรรมชีวการแพทย์และ Elias Rizk รองศาสตราจารย์ด้านศัลยกรรมประสาทที่ Penn State College of Medicine และศัลยแพทย์ระบบประสาทที่ Penn State Health
