O echipă de cercetători de la Northwestern University, SUA, a dezvoltat o nouă terapie injectabilă bazată pe nanofibre care a permis unui grup de şoareci paralizaţi să-şi recapete capacitatea de a merge. Folosind „molecule dansatoare" specialiştii au reparat cu succes leziunile grave ale măduvei spinării ale şoarecilor. După o singură injecţie, animalele paralizate şi-au recăpătat capacitatea de a merge în decurs de doar patru săptămâni.
Nouă terapie injectabilă foloseşte „molecule dansatoare" pentru a inversa paralizia şi a repara ţesutul după leziuni severe ale măduvei spinării.
În acest nou studiu, cercetătorii au administrat o singură injecţie ţesuturilor din jurul măduvei spinării şoarecilor paralizaţi şi patru săptămâni mai târziu, animalele şi-au recăpătat capacitatea de a merge.
Prin trimiterea de semnale bioactive care au determinat celulele să repare şi să regenereze, terapia revoluţionară a îmbunătăţit dramatic măduva spinării grav rănită în cinci moduri cheie:
- extensiile tăiate ale neuronilor, axonii, s-au regenerat;
- ţesutul cicatricial, care poate crea o barieră fizică în procesul de regenerare şi reparare, s-a diminuat semnificativ;
- mielina, stratul izolator al axonilor, importantă în transmiterea eficientă a semnalelor electrice, s-a reformat în jurul celulelor;
- s-au format vase funcţionale de sânge pentru a furniza substanţe nutritive celulelor de la locul leziunii;
- mai mulţi neuroni motori au supravieţuit;
După ce terapia şi-a făcut efectul, materialele s-au biodegradată în nutrienţi pentru celule, în următoarele 12 săptămâni, şi apoi au dispărut complet din organism, fără efecte secundare vizibile. Acesta este primul studiu în care cercetătorii au controlat mişcarea colectivă a moleculelor prin modificări ale structurii chimice pentru a creşte eficacitatea unei terapii.
„Cercetarea noastră îşi propune să găsească o terapie care poate preveni paralizia indivizilor după traume sau boli majore", a declarat Samuel I. Stupp, expert în medicină regenerativă, care a condus studiul.
Timp de decenii, acest lucru a rămas o provocare majoră pentru oamenii de ştiinţă, deoarece sistemul nervos central al corpului nostru, care include creierul şi măduva spinării, nu are nicio capacitate semnificativă de a se repara după rănire sau după debutul unei boli degenerative.
„Mergem direct la FDA (Administraţia pentru Alimente şi Medicamente din SUA) pentru a începe procesul de aprobare a acestei noi terapii pentru utilizare la pacienţii umani, care au în prezent foarte puţine opţiuni de tratament", a adăugat Stupp.
Speranţa de viaţă pentru persoanele cu leziuni ale măduvei spinării este semnificativ mai mică decât pentru cei care nu au aceste probleme şi nu s-a îmbunătăţit din anii 1980. Mai puţin de 3% dintre persoanele cu leziuni totale recuperează vreodată funcţiile fizice de bază.
„În prezent, nu există terapii care să declanşeze regenerarea măduvei spinării", a precizat Stupp.
„Am vrut să fac o diferenţă în privinţa efectelor leziunilor măduvei spinării şi să abordez această problemă, având în vedere impactul extraordinar pe care l-ar putea avea asupra vieţii pacienţilor" a menţionat el.
De asemenea, noul mod ştiinţific de abordare a leziunilor măduvei spinării ar putea avea un impact asupra strategiilor pentru boli neurodegenerative şi AVC
„Secretul“ din spatele noii terapii revoluţionare constă în reglarea mişcării moleculelor, astfel încât acestea să poată găsi şi angaja în mod corespunzător receptorii celulari aflaţi în continuă mişcare.
După ce terapia este injectată, lichidul devine ca un gel care formează imediat o reţea complexă de nanofibre ce imită matricea extracelulară a măduvei spinării, respectiv mimează mişcările moleculelor biologice şi încorporează semnale pentru receptori, şi astfel materialele sintetice sunt capabile să comunice cu celulele organismului.
„Receptorii din neuroni şi din alte celule se mişcă constant. Inovaţia cheie în cercetarea noastră, lucru care n-a mai fost făcut până acum, este de a controla mişcarea colectivă a peste 100.000 de molecule din aceste nanofibre.
Făcând moleculele să se mişte, ‚să danseze‘ sau chiar să sară temporar din aceste structuri, cunoscute sub numele de polimeri supramoleculari, ele sunt capabile să se conecteze mai eficient cu receptorii", explică Stupp.
Cercetătorul şi echipa sa au descoperit că reglarea fină a mişcării moleculelor în cadrul reţelei de nanofibre pentru a le face mai agile, a dus la o eficacitate terapeutică mai mare la şoarecii paralizaţi.
Ei au confirmat, de asemenea, că diverse formulări ale terapiei cu mişcări moleculare îmbunătăţite s-au comportat mai bine în timpul testelor in vitro cu celule umane, indicând creşterea bioactivităţii şi semnalizării celulare.
„Având în vedere că celulele şi receptorii lor sunt în mişcare constantă, ne putem imagina că moleculele care se mişcă mai rapid ar întâlni aceşti receptori mai des. Dacă moleculele sunt apatice şi nu la fel de ‚sociale‘, este posibil să nu intre niciodată în contact cu celulele", a mai spus Stupp.
Odată conectate la receptori, moleculele în mişcare declanşează două semnale în cascadă, ambele fiind critice pentru repararea măduvei spinării.
Un semnal solicită cozilor lungi ale neuronilor din măduva spinării, respectiv axonilor, să se regenereze.
Asemenea unor cabluri electrice, axonii trimit, la rândul lor, semnale între creier şi restul corpului.
Secţionarea sau distrugerea axonilor poate duce la pierderea senzaţiilor din corp sau chiar la paralizie.
Repararea axonilor, pe de altă parte, creşte comunicarea dintre corp şi creier.
Al doilea semnal ajută neuronii să supravieţuiască după rănire, deoarece provoacă alte tipuri de celule să prolifereze, promovând regenerarea vaselor de sânge pierdute care hrănesc neuronii şi celulele critice pentru repararea ţesuturilor.
Terapia induce, de asemenea, reformarea mielinei în jurul axonilor şi reduce cicatrizarea glială, care acţionează ca o barieră fizică care împiedică vindecarea măduvei spinării.
„Semnalele folosite în studiu imită proteinele naturale care sunt necesare pentru a induce răspunsurile biologice dorite", a declarat Zaida Álvarez, prim-autoare a studiului şi fost profesor asistent de cercetare în laboratorul lui Stupp.
Potrivit acesteia, proteinele au un timp de viaţă extrem de scurt, la jumătate, şi sunt costisitor de produs.
„Semnalele noastre sintetice sunt peptide scurte, modificate, care atunci când sunt legate între ele cu miile, vor supravieţui săptămâni întregi pentru a furniza bioactivitate", a explicat cercetătoarea.
Rezultatul final este o terapie mai puţin costisitoare şi care durează mult mai mult, a menţionat ea.
În timp ce noua terapie ar putea fi folosită pentru a preveni paralizia după traume majore (accidente auto, căderi, accidente sportive şi răni prin împuşcare), sau din cauza bolilor, Stupp consideră că descoperirea de bază, respectiv „mişcarea supramoleculară" ca factor cheie în bioactivitatea celulară, poate fi aplicată şi altor terapii şi ţinte.
„Ţesuturile sistemului nervos central pe care le-am regenerat cu succes în măduva spinării rănite sunt similare cu cele din creier afectate de AVC şi boli neurodegenerative, cum ar fi ALS, boala Parkinson şi boala Alzheimer", spune Stupp.
Dincolo de asta, „descoperirea noastră fundamentală cu privire la controlul mişcării ansamblurilor moleculare pentru îmbunătăţirea semnalizării celulare ar putea fi aplicată universal la toate ţintele biomedicale", a mai precizat cercetătorul
Cercetarea a fost publicată pe 12 noiembrie în revista Science.
