Ερευνητές του Πανεπιστημίου Νορθγουέστερν παρουσίασαν μια επαναστατική θεραπεία για την αποκατάσταση τραυματισμών του νωτιαίου μυελού, αξιοποιώντας οργανοειδή που δημιουργούνται από βλαστικά κύτταρα.
Τα συγκεκριμένα οργανοειδή αναπαριστούν με ακρίβεια τις βιολογικές επιπτώσεις των τραυματισμών. Η χορήγηση «μορίων που χορεύουν» οδήγησε σε σημαντική ανάπτυξη νευρικών αποφυάδων και σε περιορισμό του ουλώδους ιστού.
Η συγκεκριμένη θεραπεία έχει χαρακτηριστεί ορφανό φάρμακο από τον FDA και εμφανίζει ενθαρρυντικές προοπτικές για ανθρώπους, με σκοπό να ενισχύσει την κινητικότητα και να υποστηρίξει την εξατομικευμένη αποκατάσταση.
Μικροσκοπικά όργανα που προέρχονται από βλαστικά κύτταρα
Σε μελέτη που δημοσιεύτηκε στο επιστημονικό περιοδικό «Nature Biomedical Engineering», η ομάδα χρησιμοποίησε ανθρώπινα οργανοειδή νωτιαίου μυελού, δηλαδή μικροσκοπικές εκδοχές οργάνων φτιαγμένες από βλαστικά κύτταρα. Μέσω αυτών επιδίωξε να αναπαραστήσει διαφορετικούς τραυματισμούς στον νωτιαίο μυελό και να εξετάσει αναγεννητικές θεραπείες για την αντιμετώπισή τους.
Για πρώτη φορά καταδείχθηκε ότι τα οργανοειδή, που απεικονίζονται στην κεντρική εικόνα, αναπαράγουν με πιστότητα τις κύριες βιολογικές επιπτώσεις ενός τραυματισμού στον νωτιαίο μυελό. Στο μοντέλο καταγράφηκαν φλεγμονή, κυτταρικός θάνατος και σχηματισμός ουλώδους ιστού. Ο τελευταίος δημιουργεί φυσικό και χημικό εμπόδιο, το οποίο αποτρέπει την αποκατάσταση των νεύρων μετά τη βλάβη.
Η αναγέννηση με τη βοήθεια των… «μορίων που χορεύουν»
Τα αποτελέσματα άλλαξαν όταν οι επιστήμονες έδωσαν στα οργανοειδή που είχαν υποστεί βλάβη «μόρια που χορεύουν». Πρόκειται για θεραπεία που σε προηγούμενη μελέτη είχε αποκαταστήσει την κινητικότητα ζώων με τραυματισμό του νωτιαίου μυελού. Στον τραυματισμένο ιστό παρατηρήθηκε εντυπωσιακή ανάπτυξη νευρικών αποφυάδων, οι οποίες επιτρέπουν στους νευρώνες να επικοινωνούν, ενώ παράλληλα περιορίστηκε σημαντικά ο ουλώδης ιστός στην περιοχή.
Οι προοπτικές της θεραπείας για ανθρώπους με τραυματισμούς
Τα αποτελέσματα υποδεικνύουν ότι η θεραπεία με τα… μόρια που χορεύουν μπορεί να βελτιώσει την ανάρρωση ανθρώπων με τραυματισμούς του νωτιαίου μυελού. Πρόσφατα, ο αρμόδιος αμερικανικός Οργανισμός Τροφίμων και Φαρμάκων (FDA) της απένειμε τον χαρακτηρισμό ορφανού φαρμάκου. «Μια από τις πιο συναρπαστικές πτυχές των οργανοειδών είναι το ότι μπορούμε να τα χρησιμοποιήσουμε για να δοκιμάσουμε νέες θεραπείες σε ανθρώπινους ιστούς», δήλωσε ο καθηγητής Μηχανικής και Επιστήμης Υλικών, Χημείας, Ιατρικής και Βιοϊατρικής Μηχανικής στο Πανεπιστήμιο Νορθγουέστερν, Σάμιουελ Σταπ. Ο ίδιος είναι ο κύριος συγγραφέας της μελέτης και ο «πατέρας» των μορίων που χορεύουν.
Ο καθηγητής Σταπ συμπλήρωσε: «αποφασίσαμε να αναπτύξουμε δύο διαφορετικά μοντέλα τραυματισμών σε οργανοειδές ανθρώπινου νωτιαίου μυελού προκειμένου να δοκιμάσουμε τη θεραπεία μας και να δούμε αν τα αποτελέσματα που θα λαμβάναμε ήταν παρόμοια με εκείνα που είχαμε λάβει από τα μοντέλα ζώων. Μετά την εφαρμογή της θεραπείας, ο ουλώδης ιστός υποχώρησε τόσο ώστε κατέστη σχεδόν μη ανιχνεύσιμος ενώ παρατηρήθηκε ανάπτυξη νευριτών (των αποφυάδων των νευρώνων που τους επιτρέπουν να επικοινωνούν μεταξύ τους). Αυτά δείχνουν ότι η θεραπεία μας έχει καλές πιθανότητες να αποδειχθεί αποτελεσματική στους ανθρώπους».
Τα κύτταρα iPS ως αφετηρία για τη δημιουργία οργανοειδών
Στο εργαστήριο, τα οργανοειδή παράγονται από κύτταρα iPS (induced pluripotent stem cells), δηλαδή ενήλικα κύτταρα που, ύστερα από επεξεργασία, αποκτούν πολυδύναμες ιδιότητες αντίστοιχες με εκείνες των εμβρυϊκών βλαστικών κυττάρων. Παρόλο που αποτελούν απλουστευμένα μοντέλα ανθρώπινων οργάνων, παρουσιάζουν σημαντικές ομοιότητες με τα πραγματικά ως προς τη δομή, τους κυτταρικούς τύπους και τη λειτουργία.
Ένα νέο μοντέλο για την έρευνα του νωτιαίου μυελού
Είχαν προηγηθεί προσπάθειες άλλων ομάδων να δημιουργήσουν οργανοειδή νωτιαίου μυελού, ωστόσο το νέο μοντέλο του Πανεπιστημίου Νορθγουέστερν αποτελεί σημαντική πρόοδο στη μελέτη των σχετικών τραυματισμών. Για πρώτη φορά κατασκευάστηκαν οργανοειδή πάχους αρκετών χιλιοστών, με επαρκή ωριμότητα ώστε να επιτρέπουν τη μοντελοποίηση των βλαβών που προκαλούνται στον νωτιαίο μυελό.
Η κατασκευή ενός σύνθετου ιστού νωτιαίου μυελού
Για αρκετούς μήνες, οι ερευνητές κατεύθυναν την ανάπτυξη των βλαστικών κυττάρων, ώστε να σχηματιστεί σύνθετος ιστός νωτιαίου μυελού με νευρώνες και αστροκύτταρα. Επιπλέον, αυτό ήταν το πρώτο οργανοειδές που περιείχε μικρογλοία, δηλαδή ανοσοκύτταρα του κεντρικού νευρικού συστήματος, επιτρέποντας την πιστή αναπαράσταση της φλεγμονώδους αντίδρασης που εκδηλώνεται μετά από τραυματισμό του νωτιαίου μυελού.
Ένα ψευδο-όργανο που προσεγγίζει την πραγματικότητα
«Είναι ένα είδος ψευδο-οργάνου αυτό που δημιουργήσαμε. Ήμασταν μάλιστα οι πρώτοι που εισαγάγαμε μικρογλοία σε ένα οργανοειδές νωτιαίου μυελού, κάτι που ήταν τεράστιο επίτευγμα – αυτό πρακτικά σημαίνει ότι το οργανοειδές μας διαθέτει όλα τα χημικά που παράγει το ανοσοποιητικό σύστημα του ανθρώπου αποκρινόμενο σε έναν τραυματισμό και έτσι αποτελεί ένα πιο ρεαλιστικό, ακριβές μοντέλο των τραυματισμών του νωτιαίου μυελού» τόνισε ο καθηγητής Σταπ.
Τι περιλαμβάνει η «θεραπεία που χορεύει»
Μετά την ολοκλήρωση της ανάπτυξής τους, τα οργανοειδή χρησιμοποιήθηκαν για να δοκιμάσουν οι ερευνητές τη «θεραπεία που χορεύει». Η ονομασία της παραπέμπει στην ελεγχόμενη κίνηση των μορίων, η οποία στοχεύει στην αποκατάσταση ιστών. Η θεραπεία φιλοδοξεί να αντιστρέψει την παράλυση που ακολουθεί τραυματισμούς του νωτιαίου μυελού.
Οι επιστήμονες του Νορθγουέστερν ανέπτυξαν μια θεραπεία που εντάσσεται στην ευρύτερη κατηγορία των υπερμοριακών θεραπευτικών πεπτιδίων (STPs). Η προσέγγιση αξιοποιεί μεγάλες ομάδες, αποτελούμενες από 100.000 ή και περισσότερα μόρια, για να ενεργοποιήσει κυτταρικούς υποδοχείς και τα φυσικά σήματα αποκατάστασης του οργανισμού. Η ίδια φιλοσοφία υπερμοριακών θεραπειών εφαρμόζεται σήμερα και στις δημοφιλείς θεραπείες GLP-1 για τον διαβήτη και την απώλεια βάρους. Πρόκειται για πεδίο που το εργαστήριο του καθηγητή Σταπ μελετά σχεδόν 15 χρόνια.
Η ενέσιμη χορήγηση δημιουργεί δίκτυο νανοϊνών
Χορηγούμενη με ένεση, η θεραπεία σχηματίζει γρήγορα ένα πλέγμα νανοϊνών, παρόμοιο με την εξωκυττάρια μήτρα του νωτιαίου μυελού. «Με δεδομένο ότι τα κύτταρα και οι υποδοχείς τους βρίσκονται σε συνεχή κίνηση, μπορείτε να φανταστείτε ότι τα μόρια που εισάγουμε και τα οποία κινούνται πιο γρήγορα από τα κύτταρα συναντούν τους κυτταρικούς υποδοχείς πιο συχνά και έτσι παράγεται καλύτερο θεραπευτικό αποτέλεσμα» είχε επισημάνει ο καθηγητής Σταπ το 2021.
Θετικά ευρήματα από τις δοκιμές σε ποντίκια
Σε προηγούμενες δοκιμές της ομάδας σε ποντίκια, τα ζώα κατάφεραν να περπατήσουν ξανά μέσα σε τέσσερις εβδομάδες, αφού έλαβαν μία μόνο ένεση της θεραπείας 24 ώρες μετά από σοβαρό τραυματισμό του νωτιαίου μυελού.
Οι δύο συνηθισμένες μορφές τραυματισμού
Στα νεότερα πειράματα με οργανοειδή, η ομάδα προκάλεσε δύο τύπους τραύματος που εμφανίζονται συχνά. Ο πρώτος αντιστοιχούσε σε χειρουργικό τραύμα, ενώ ο άλλος προσομοίωνε τραυματισμό από σοβαρό τροχαίο ή πτώση.
Εντυπωσιακά ευρήματα μετά τη χορήγηση της θεραπείας
Και στις δύο περιπτώσεις προκλήθηκαν κυτταρικός θάνατος και σχηματισμός ουλώδους ιστού, όπως συμβαίνει και σε πραγματικούς τραυματισμούς του νωτιαίου μυελού στους ανθρώπους. Μετά τη χορήγηση των «μορίων που χορεύουν», όμως, καταγράφηκαν λιγότερη φλεγμονή και ουλώδης ιστός, ενεργοποίηση της αναγέννησης των νευριτών και ανάπτυξη νευρώνων με οργανωμένη διάταξη. Η ενίσχυση της ανάπτυξης των νευριτών οδηγεί σε επανασύνδεση των νευρώνων και στην αποκατάσταση της κινητικότητας.
Προς την εξατομικευμένη αποκατάσταση: τα επόμενα βήματα
Η ερευνητική ομάδα σχεδιάζει στη συνέχεια να κατασκευάσει πιο εξελιγμένα οργανοειδή και να εξετάσει τραυματισμούς που προσομοιάζουν χρόνιες βλάβες του νωτιαίου μυελού, όπου ο ουλώδης ιστός είναι μεγαλύτερος και επιμένει περισσότερο. Ο δρ Σταπ εκτιμά ότι, με περαιτέρω ανάπτυξη, το μικροσκοπικό μοντέλο νωτιαίου μυελού που δημιούργησε μαζί με τους συνεργάτες του θα συμβάλει σημαντικά στην πορεία προς την εξατομικευμένη ιατρική.
Ο καθηγητής φαντάζεται ότι στο μέλλον θα παράγεται στο εργαστήριο ιστός νωτιαίου μυελού από βλαστικά κύτταρα του ίδιου του ασθενούς. Στη συνέχεια, ο ιστός θα τοποθετείται στην περιοχή της βλάβης, αποκαθιστώντας τις βλάβες και περιορίζοντας τον κίνδυνο να απορρίψει το μόσχευμα το ανοσοποιητικό σύστημα. Οψόμεθα!
Πηγή: Το Βήμα
*Από τη Θεοδώρα Ν. Τσώλη
Τα βασικά σημεία
- Ερευνητές του Πανεπιστημίου Νορθγουέστερν παρουσίασαν θεραπεία για την αποκατάσταση τραυματισμών του νωτιαίου μυελού, αξιοποιώντας οργανοειδή που προέρχονται από βλαστικά κύτταρα.
- Τα οργανοειδή αναπαράγουν τις βιολογικές επιπτώσεις των τραυματισμών. Με τη θεραπεία «μόρια που χορεύουν» παρατηρήθηκε ανάπτυξη νευρικών αποφυάδων και περιορισμός του ουλώδους ιστού.
- Ο FDA έχει χαρακτηρίσει τη θεραπεία ορφανό φάρμακο, ενώ τα αποτελέσματα για την κινητικότητα ανθρώπων με τραυματισμούς του νωτιαίου μυελού είναι ενθαρρυντικά.
- Το μοντέλο οργανοειδών αποτελεί καινοτομία, καθώς συμπεριλαμβάνει μικρογλοία και αναπαριστά καλύτερα τη φλεγμονώδη αντίδραση μετά από τραυματισμούς.
- Η ομάδα επιδιώκει στη συνέχεια να δημιουργήσει πιο προηγμένα οργανοειδή και να μελετήσει χρόνιους τραυματισμούς του νωτιαίου μυελού, με στόχο την εξατομικευμένη ιατρική.
Το άρθρο στο ygeiax.gr: https://www.ygeiax.gr/health/epanastatiki-therapeia-anagennisis-traymatismon-ston-notiaio-myelo/20446
