Dodano: 15 listopad 2021r.

Naukowcy odwrócili paraliż u myszy z urazem rdzenia kręgowego

W najnowszych badaniach uczeni wykazali, że już pojedyncza iniekcja nowo opracowanego leku odwraca paraliż u myszy z poważnymi urazami rdzenia kręgowego. Środek wspomaga regenerację uszkodzonych nerwów oraz naprawę innych żywotnych tkanek i umożliwia odzyskanie zdolności chodzenia w ciągu zaledwie czterech tygodni.

Naukowcy odwrócili paraliż u myszy z urazem rdzenia kręgowego

 

Za nową terapią stoją naukowcy z Northwestern University. Ich nowy lek wykorzystuje nanowłókna i pozwala sparaliżowanym myszom z poważnymi urazami rdzenia kręgowego na odzyskanie zdolności chodzenia. Badania zostały niedawno opublikowane w czasopiśmie „Science” (DOI: 10.1126/science.abh3602), ale zespół naukowców ma zamiar już w przyszłym roku zwrócić się do amerykańskiej Agencji ds. Żywności i Leków (FDA) z propozycją przeprowadzenia badań z udziałem ludzi.

Innowacyjne nanowłókna

Urazy rdzenia kręgowego spowodowane wypadkami sportowymi lub drogowymi prowadzą zazwyczaj do trwałej niepełnosprawności. Dzieje się tak dlatego, że uszkodzeniom ulegają włókna nerwowe zwane aksonami, co uniemożliwia mózgowi wysyłanie sygnałów do neuronów poniżej miejsca urazu. Inaczej mówiąc, uszkodzone włókna nerwowe najzwyczajniej prowadzą do przerwania komunikacji, a że przecięte aksony w rdzeniu kręgowym nie odrastają samoistnie, pacjenci cierpią na paraliż przez całe życie.

Dotychczas różne zespoły naukowców próbowały opracować skuteczną terapię odwracającą paraliż. Niektóre podejścia obejmują eksperymentalne terapie z wykorzystaniem komórek macierzystych do tworzenia nowych neuronów czy terapie genowe instruujące organizm, aby sam wytworzył określone białka w celu pomocy w naprawie uszkodzonych nerwów.

Podejście naukowców z Northwestern University opiera się na nanowłóknach wstrzykiwanych w okolice miejsca urazu. Włókna te naśladują budowę naturalnie występującej substancji znajdującej się między komórkami, sieci cząsteczek otaczających tkankę, która jest odpowiedzialna za wspieranie komórek i nazywana jest macierzą pozakomórkową.

Naprawa urazów kręgosłupa

Każde takie włókno jest około 10 tys. razy cieńsze od ludzkiego włosa i składa się z setek tysięcy bioaktywnych cząsteczek zwanych peptydami, które przekazują sygnały promujące regenerację nerwów. Mają za zadanie pobudzić komórki do naprawy i regeneracji, by poprawić poważnie uszkodzony rdzeń kręgowy.

Jak podkreślili autorzy publikacji, ich terapia działa na kilka kluczowych sposobów:

  • Regeneruje uszkodzone aksony - maleńkie włókna, które łączą komórki nerwowe i umożliwiają im komunikację,
  • Znacznie redukuje tkanką bliznowatą, która może tworzyć fizyczną barierę przed regeneracją i naprawą,
  • Reorganizuje osłonkę mielinową wokół komórek - warstwę izolacyjną aksonów, która jest ważna w skutecznym przesyłaniu sygnałów elektrycznych,
  • Tworzy funkcjonalne naczynia krwionośne w celu dostarczania składników odżywczych do komórek w miejscu uszkodzenia,

Co więcej, po spełnieniu swojej funkcji, innowacyjne nanowłókna ulegają biodegradacji i mogą zostać wykorzystane jako składniki odżywcze dla komórek. Po 12 tygodniach całkowicie znikają z organizmu bez zauważalnych skutków ubocznych.

- Nasze badania mają na celu znalezienie terapii, która może zapobiec paraliżowi u osób po poważnym urazie lub chorobie – powiedział Samuel I. Stupp z Northwestern University, który kierował zespołem badawczym. - Od dziesięcioleci pozostaje to głównym wyzwaniem dla naukowców, ponieważ centralny układ nerwowy naszego organizmu, który obejmuje mózg i rdzeń kręgowy, nie ma żadnej znaczącej zdolności do samonaprawy po urazie lub po wystąpieniu choroby zwyrodnieniowej – dodał uczony i przyznał, że razem z zespołem ma zamiar zwrócić się do FDA, „aby rozpocząć proces zatwierdzania nowej terapii do stosowania u pacjentów, którzy obecnie mają bardzo niewiele opcji leczenia”. Według Stuppa, badania nad leczeniem urazów rdzenia kręgowego mogą mieć też wpływ na strategie dotyczące chorób neurodegeneracyjnych i udarów.

Eksperymenty

Na początku badacze nacięli rdzeń kręgowy myszy laboratoryjnych. Miało to symulować urazy, które zdarzają się ludziom. Po 24 godzinach podali gryzoniom swój płynny lek z nanowłóknami. Zespół postanowił poczekać jeden dzień, ponieważ ludzie, którzy doznają urazów kręgosłupa w wypadkach samochodowych, postrzałach itp., również doświadczają opóźnień w podjęciu leczenia.

Cztery tygodnie później myszy, które otrzymały zastrzyk, odzyskały zdolność chodzenia. Poruszanie się uprzednio sparaliżowanych myszy było niemal tak dobre, jak przed interwencją uczonych. Następnie gryzonie zostały uśpione, by zespół mógł sprawdzić wpływ terapii na poziomie komórkowym.

Badania te wykazały niesamowitą poprawę stanu rdzenia kręgowego. Przecięte aksony zostały zregenerowane, a blizna okazała się być znacznie mniejsza niż spodziewali się badacze. Zreorganizowała się też otoczka mielinowa i utworzyły się naczynia krwionośne dostarczające składniki odżywcze do uszkodzonych komórek. Przetrwało także więcej neuronów ruchowych.

„Tańczące cząsteczki” uderzają w ruchome cele

Sekretem nowo opracowanego środka jest dostrojenie ruchu molekuł, aby mogły znaleźć i odpowiednio zaangażować stale poruszające się receptory komórkowe. Po wstrzyknięciu płynnego leku, ten natychmiast wnika i dopasowuje się do struktury macierzy zewnątrzkomórkowej rdzenia kręgowego i naśladuje ruch cząsteczek biologicznych. Może też komunikować się z komórkami.

- Receptory w neuronach i innych komórkach nieustannie się poruszają – powiedział Stupp. - Kluczową innowacją w naszych badaniach jest kontrolowanie zbiorowego ruchu ponad 100 tys. cząsteczek w naszych nanowłóknach. Dzięki temu, że molekuły poruszają się, „tańczą”, a nawet chwilowo wyskakują z tych struktur, są w stanie skuteczniej łączyć się z receptorami - dodał.

Stupp i jego zespół odkrył, że precyzyjne dostrojenie ruchu molekuł w sieci nanowłókien w celu zwiększenia ich elastyczności przyniosło większą skuteczność terapeutyczną u sparaliżowanych myszy. Potwierdzili również, że ich terapia lepiej sprawdzała się podczas testów in vitro na komórkach ludzkich, co wskazuje na zwiększoną bioaktywność i sygnalizację komórkową.

- Biorąc pod uwagę, że same komórki i ich receptory są w ciągłym ruchu, można sobie wyobrazić, że poruszające się szybciej cząsteczki częściej napotykają receptory. Jeśli cząsteczki są powolne i nie tak „społeczne”, mogą nigdy nie wejść w kontakt z komórkami – powiedział Stupp.

Chociaż nowa terapia może być stosowana do zapobiegania paraliżowi po poważnych urazach i chorobach, to Stupp wierzy, że ich odkrycie może być stosowane do innych terapii i celów. - Tkanki ośrodkowego układu nerwowego, które z powodzeniem zregenerowaliśmy w uszkodzonym rdzeniu kręgowym, są podobne do tych w mózgu dotkniętym udarem i chorobami neurodegeneracyjnymi, takimi jak ALS, choroba Parkinsona i choroba Alzheimera. Ponadto, nasze fundamentalne odkrycie dotyczące kontrolowania ruchu zespołów molekularnych w celu wzmocnienia sygnalizacji komórkowej może być powszechnie stosowane w celach biomedycznych - powiedział Stupp.

 

Źródło: Northwestern University, fot. Samuel I. Stupp Laboratory/Northwestern University. Na zdjęciu odcinek rdzenia kręgowego poddany działaniu środka terapeutycznego. Na czerwono widać zregenerowane aksony