毎年、世界中で何十万人もの人々が末梢神経を損傷し、長期にわたる障害を負っている。末梢神経系は、循環器系に似ている。血管のネットワークが体のあらゆる部分に到達するが、血管の中を血液が流れる代わりに、電気信号が軸索と呼ばれる細い繊維を介して情報を伝達し、神経幹に取り込まれる。この神経幹は、全身の情報を脳に伝え、活動を調整し、運動機能や感覚機能を生み出す通信網である。手足の損傷によく見られるように、神経幹の1つが損傷したり断裂したりすると、痛みや麻痺、さらには生涯にわたる障害が発生する可能性がある。
このような状況では、損傷した神経を修復するために外科手術が必要となる。標準的な治療法は、剥離した神経を直接縫合したり、神経幹に形成されたギャップが大きい場合には、外科医が患者の脚から無傷の神経幹を移植し、それを損傷部位に移植することで、別の部位（すなわち脚）に損傷を生じさせることである。今日では、神経幹を再結合させて軸索を再生させ、運動機能や感覚機能を回復させる方法がある。そのような方法の1つとして、合成の中空神経チューブを移植することで、ギャップを埋め、患者に二次的な損傷を与えることなく神経を回復させることができる。
最適な再生を妨げる主な問題の1つは、切断された神経の軸索が再生して目標に到達するのが難しいことだ。これは、軸索が複数の方向に分岐してしまい、目的の器官に到達する確率が低くなることが一因と考えられている。
イスラエルのバル＝イラン大学コフキン工学部 ナノテクノロジー先端材料研究所のOrit Shefi教授は、「方向を示す手がかりが必要なのだ」と説明する。Shefi博士の研究室の研究員であるAntman-Passig 博士は、こう付け加えた。「軸索はかなりゆっくりと成長するので、これらの指導的指示は長時間にわたって体内にとどまる必要がある。」
Antman-Passig博士とJonathan Giron博士が率いるShefi教授の研究室の研究チームが開発した技術は、軸索の再成長を促進し、整える多数の物理的・化学的成分を含むゲルを神経チューブに充填するために使用されている。
彼らの技術は、2021年5月5日、「Advanced Functional Materials」のオンライン版に掲載された。この論文は、「末梢神経修復のための多機能誘導チューブの磁気アセンブリ（Magnetic Assembly of a Multifunctional Guidance Conduit for Peripheral Nerve Repair）」と題されている。
この研究者らは、中空の神経チューブに人工的な配向コラーゲンゲルを充填した。生体内では、整列したコラーゲン繊維が軸索の経路探索に役立っているが、現在市販されている中空の神経ガイドでは、整列したコラーゲン繊維が存在しない。配向したコラーゲンゲルは、軸索の足場として機能し、軸索の成長を誘導する。さらに、チューブにはNGF（神経成長因子）という物質が含まれており、その名の通り、神経系の成長には欠かせないものだ。
「想像して欲しい。ゲルの中に、整列したコラーゲン繊維というガイド役の手がかりを埋め込んで、このガイド役が成長する軸索のためのエサにもなっているとしたらどうだろう。」「成長する軸索のためにきれいに撒かれたエサのように。」とAntman-Passig 博士は説明する。
Shefi 教授はこう付け加えた。「ゲルに到達した軸索は、これらの合図に従って、より簡単に正しい方向を見つけることができる。実際、この新しいシステムは、神経再生のためのいくつかの技術を組み合わせたものだ。軸索は、コラーゲンの足場やNGFのように、目印となるものに向かって成長したがる。この方法の新規性は、神経の回復に役立つ成分を含む組織化された組織のようなゲルを工学的に作ることにあり、特にゲルの体内での活動期間を延長することにある。中空の神経チューブにコラーゲンやNGFを単に入れただけでは、本物のエサと同じように、さまざまな細胞がそれらを消費し、実際に分解してしまう。しばらくすると、成長した軸索にはこれらの道標がなくなってしまう。我々が開発した方法では、再生中の軸索がこれらの因子にアクセスできる時間を延長した。この方法では、NGFをコーティングした磁性粒子を、磁気配列戦略によって正しい構造に配列して組み込むことにした。これにより、粒子とコラーゲンの配列もできた。」
研究チームは、ゲル成分の特性を明らかにした後、神経管に移植し、細胞の成長の方向性とプラットフォームの有効性を調べた。細胞の成長方向を測定したところ、整列したコラーゲンとNGFをコーティングした粒子を組み合わせたゲルの助けを借りて、細胞の成長を方向付け、促進することができたという。続いて、坐骨神経の末梢神経を損傷して正常な歩行ができなくなったラットのリハビリテーションにおけるチューブの有効性を検証した。革新的なゲルを充填したチューブを貫通して損傷部位を通過した軸索の数は、空のチューブに比べて多く、その結果、神経組織の回復率が最も高かった。研究者らは、チューブを移植し、人工コラーゲンゲルを使用した場合、他のタイプのチューブを使用した場合や、ゲルが濃縮されていないチューブと比較して、機能的な運動の回復が最も高かったことを示した。
この研究者らは現在、製品化の可能性を検討しており、怪我の後の機能回復や神経修復の促進に役立つことを期待している。
