Учени от Северозападния университет в Чикаго, Илинойс, са разработили инжекционна терапия, базирана на нановлакна, която е позволила на парализирани мишки с тежки травми на гръбначния мозък да възвърнат способността си да ходят само след четири седмици. В терапията се използват т.нар. танцуващи молекули.
Изследването е публикувано в изданието от 12 ноември м.г. на списанието “Science”.
Чрез изпращане на биоактивни сигнали за задействане на клетките за възстановяване и регенерация, революционната терапия драстично подобрява тежките увреждания на гръбначния мозък по пет ключови начина:
1. отрязаните разширения на невроните, наречени аксони, се регенерират;
2. белезната тъкан, която може да създаде физическа бариера за регенерация и възстановяване, е значително намалена;
3. миелинът, изолационният слой на аксоните, който е важен за ефективно предаване на електрически сигнали, се реформира около клетките;
4. образуват се функционални кръвоносни съдове за доставяне на хранителни вещества до клетките на мястото на травмата;
5. оцелели са повече моторни неврони.
След като терапията изпълни своята функция, материалите се биоразграждат до хранителни вещества за клетките в рамките на 12 седмици и след това напълно изчезват от тялото без забележими странични ефекти.
Това е първото проучване, в което учените контролират колективното движение на молекулите чрез промени в химическата структура, за да увеличат ефикасността на терапевтичния препарат.
„Нашето изследване има за цел да намери терапия, която може да предотврати парализирането на хора след тежка травма или заболяване - заявил Самюел И. Ступ от Northwestern, който ръководил изследването. - В продължение на десетилетия това остава голямо предизвикателство за учените, защото централната нервна система на нашето тяло, която включва главния и гръбначния мозък, няма значителен капацитет да се възстановява след нараняване или след началото на дегенеративно заболяване. Вече сме подали заявление направо към FDA, за да започне процесът на одобрение на тази нова терапия за употреба при хора, които в момента имат малко възможности за лечение.“
Ступ е професор по материалознание и инженерство, химия, медицина и биомедицинско инженерство. Основател е на Института „Симпсън Куери“ за бионанотехнологии (SQI) и свързания с него изследователски център, Центъра за регенеративна наномедицина в Северозападния университет в Чикаго, Илинойс. Работил е също в Инженерното училище „Маккормик“, Колежа по изкуства и науки „Вайнберг“ и Медицинското училище „Файнберг“.
Продължителността на живота не се е подобрила от 80-те години на миналия век
Според Националния статистически център за травми на гръбначния мозък близо 300 000 души в момента живеят с увреждания на гръбначния мозък в Съединените щати. Животът на повечето от тези пациенти е изключително труден.
По-малко от 3% от хората с цялостно травмиране успяват в някакъв момент да възстановят основните си физически функции. А приблизително 30% са повторно хоспитализирани поне веднъж всяка година след първоначалната травма, което струва милиони долари средни разходи за здравеопазване през целия живот на пациентите. Продължителността на живота на хората с наранявания на гръбначния мозък е значително по-ниска и не се е подобрила от 80-те години на миналия век.
„В момента няма терапевтични средства, които да задействат регенерацията на гръбначния мозък - казал проф. Ступ, експерт по регенеративна медицина. - Исках да променя лошите прогнози при пациенти с увреждане на гръбначния мозък и да се справя с този проблем, като се има предвид огромното въздействие, което може да има върху живота им. Също така нова наука за справяне с увреждането на гръбначния мозък може да окаже влияние върху стратегиите за лечение на невродегенеративните заболявания и инсулта.“
Самюел Ступ
„Танцуващите молекули“ удрят движещи се цели
Тайната зад новата пробивна терапия на проф. Ступ е настройването на движението на молекулите, така че те да могат да намират и правилно да ангажират постоянно движещите се клетъчни рецептори. Инжектирана като течност, терапията незабавно се гелира в сложна мрежа от нановлакна, които имитират извънклетъчния матрикс на гръбначния мозък. Чрез съпоставяне на структурата на матрицата, имитиране на движението на биологични молекули и включване на сигнали за рецептори синтетичните материали са в състояние да комуникират с клетките.
„Рецепторите в невроните и другите клетки постоянно се движат наоколо - обяснил проф. Ступ. - Ключовата иновация в нашето изследване, което никога досега не е правено, е да контролираме колективното движение на повече от 100 000 молекули в нашите нановлакна. Като карам молекулите да се движат, „танцуват“ или дори временно да изскачат от тези структури, известни като супрамолекулни полимери, те са в състояние да се свързват по-ефективно с рецепторите.“
Проф. Ступ и неговият екип открили, че финната настройка на движението на молекулите в мрежата от нановолакна, за да ги направи по-гъвкави, води до по-голяма терапевтична ефикасност при парализирани мишки. Те също така подчертали, че терапията с подобрено молекулярно движение се представя по-добре по време на in vitro тестове с човешки клетки, което показва повишена биоактивност и клетъчна сигнализация.
„Като се има предвид, че самите клетки и техните рецептори са в постоянно движение, молекулите, движещи се по-бързо, ще срещат тези рецептори по-често - допълнил проф. Ступ. - Ако молекулите са бавни и не са толкова „социални“, може никога да не влязат в контакт с клетките.“
Една инжекция, два сигнала
Веднъж свързани с рецепторите, „движещите се молекули“ задействат два каскадни сигнала, които са от решаващо значение за възстановяването на гръбначния мозък. Единият сигнал подтиква дългите опашки на невроните в гръбначния мозък, наречени аксони, да се регенерират.
Подобно на електрическите кабели аксоните изпращат сигнали между мозъка и останалата част от тялото. Разрязването или увреждането на аксоните може да доведе до загуба на усещане в тялото или дори до парализа. Възстановяването на аксоните, от друга страна, увеличава комуникацията между тялото и мозъка.
Вторият сигнал помага на невроните да оцелеят след нараняване, тъй като причинява пролиферация на други типове клетки, насърчавайки повторното израстване на изгубените кръвоносни съдове, които хранят невроните и критичните клетки за възстановяване на тъканите. Терапията също така индуцира миелина да се възстанови около аксоните и намалява глиалните белези, които действат като физическа бариера, която препятства заздравяването на гръбначния мозък.
„Сигналите, използвани в изследването, имитират естествените протеини, които са необходими за предизвикване на желаните биологични реакции. Протеините обаче имат изключително кратък полуживот и са скъпи за производство - посочила Заида Алварес, първият автор на изследването и бивш асистент по научни изследвания в лабораторията на проф. Ступ. - Нашите синтетични сигнали са кратки, модифицирани пептиди, които, когато са свързани заедно с хиляди, ще оцелеят в продължение на седмици, за да доставят биоактивност. Крайният резултат е терапия, която е по-евтина за производство и продължава много по-дълго време.“
Универсално приложение
Докато новата терапия може да се използва за предотвратяване на парализа след тежки травми (автомобилни инциденти, падания, спортни и огнестрелни рани), както и от заболявания, проф. Ступ вярва, че основното откритие за това, че „супрамолекулното движение“ е ключов фактор в биоактивността може да се прилага към други терапии и цели.
„Тъканите на централната нервна система, които успешно регенерирахме в увредения гръбначен мозък, са подобни на тези в мозъка, засегнат от инсулт и невродегенеративни заболявания, като болестта на Паркинсон и алцхаймер - обяснил проф. Ступ. - Освен това нашето фундаментално откритие за контролиране на движението на молекулярните сглобки за подобряване на клетъчното сигнализиране може да се прилага универсално за биомедицинските цели.“
Милена ВАСИЛЕВА
