“Dancing Molecule” uspešno zdravi hude poškodbe hrbtenjače

Vzdolžni segment hrbtenjače se najpogosteje zdravi z bioaktivnim terapevtskim odrom. Regenerirani aksoni (rdeči) so nazadovali v rani. zasluge: Samuel I. Stuppe Laboratory/Northwest University

Po eni sami injekciji so paralizirane živali v štirih tednih ponovno pridobile sposobnost hoje.

Northwestern University Raziskovalci so razvili novo injekcijsko terapijo, ki uporablja “plesne molekule” za odpravo paralize in popravilo tkiva po hudih poškodbah hrbtenjače.

V novi študiji so raziskovalci dali injekcijo v tkivo, ki obdaja hrbtenjačo paraliziranih podgan. Natanko štiri tedne pozneje so živali ponovno pridobile sposobnost hoje.

Raziskava bo objavljena v številki revije 12. novembra 2021 znanost,

vzdolžni odsek hrbtenjače

Vzdolžni segment hrbtenjače, ki je najpogosteje obdelan z bioaktivnim terapevtskim odrom, zajet 12 tednov po poškodbi. V rani se regenerirajo krvne žile (rdeče). Laminini so obarvani zeleno, celice pa modro. zasluge: Samuel I. Stuppe Laboratory/Northwest University

S pošiljanjem bioaktivnih signalov, ki sprožijo celice, da se popravijo in regenerirajo, je prebojna terapija dramatično izboljšala hudo poškodovano hrbtenjačo na pet ključnih načinov: (1) okrnjene podaljške nevronov, imenovane aksoni. Rečeno je, oživilo; (2) brazgotinsko tkivo, ki lahko tvori fizično oviro za regeneracijo in popravilo, se znatno zmanjša; (3) mielin, izolacijska plast aksonov, ki je pomembna pri učinkovitem prenosu električnih signalov, obdaja celice; (4) funkcionalne krvne žile, oblikovane za dovajanje hranil v celice na mestu poškodbe; in (5) preživelo je več motoričnih nevronov.

Ko terapija opravi svojo funkcijo, se sestavine v 12 tednih biorazgradijo v hranila za celice in nato popolnoma izginejo iz telesa brez opaznih stranskih učinkov. To je prva študija, v kateri so raziskovalci nadzorovali kolektivno gibanje molekul s spremembami v kemični strukturi, da bi povečali terapevtsko učinkovitost.

Preprosta animacija prikazuje, kako injekcija obnovi povezave v živčnem sistemu pod mestom akutne poškodbe hrbtenjače. zasluge: Laboratorij Samuel I. Stupp/Marc Seniv/Northwest University

Samuel I. iz Northwesterna. “Cilj naše raziskave je najti terapijo, ki lahko prepreči, da bi posamezniki postali paralizirani po večji travmi ali bolezni,” je dejal Stupp. “To je že desetletja velik izziv za znanstvenike, saj osrednji živčni sistem našega telesa, ki vključuje možgane in hrbtenjačo, nima pomembne sposobnosti, da bi se popravil po poškodbi ali pojavu degenerativne bolezni. Ne. Gremo neposredno na FDA, da začne postopek odobritve te nove terapije za uporabo pri bolnikih, ki imajo trenutno zelo malo možnosti zdravljenja.”

READ  Raziskovalci napovedujejo najmanjši eksoplanet, kar so jih kdaj odkrili

Stupp je profesor v odboru skrbnikov znanosti o materialih in inženirstvu, kemiji, medicini in biomedicinskem inženirstvu na Northwesternu, kjer je ustanovni direktor Simpson Quarry Institute for Bionanotechnology (SQI) in njegovega pridruženega raziskovalnega centra, Centra za regenerativno Nanomedicina. Ima imenovanja na McCormick School of Engineering, Weinberg College of Arts and Sciences in Feinberg School of Medicine.

Paralizirana miška (levo) iztegne zadnje noge v primerjavi s paralizirano miško, ki je pridobila sposobnost premikanja nog po prejemu Northwesternove injekcijske terapije. zasluge: Samuel I. Stuppe Laboratory/Northwest University

Pričakovana življenjska doba se ni izboljšala od osemdesetih let prejšnjega stoletja

Po podatkih Nacionalnega statističnega centra za poškodbe hrbtenjače trenutno v Združenih državah živi približno 300.000 ljudi s poškodbo hrbtenjače. Življenje teh bolnikov je lahko izjemno težko. Manj kot 3 % ljudi s popolnimi poškodbami si kdaj povrne osnovne telesne funkcije. In približno 30 % jih je hospitaliziranih vsaj enkrat v katerem koli letu po začetni poškodbi, kar stane milijone dolarjev povprečnih življenjskih stroškov zdravstvene oskrbe na pacienta. Pričakovana življenjska doba ljudi s poškodbo hrbtenjače je bistveno krajša kot pri ljudeh s poškodbo hrbtenjače in se od osemdesetih let prejšnjega stoletja ni izboljšala.

“Želel sem spremeniti posledice poškodbe hrbtenjače in glede na izjemen vpliv, ki ga ta problem lahko ima na življenja bolnikov.”
, Samuel I. Stupp, znanstvenik za materiale

“Trenutno ni nobenega zdravila, ki bi sprožilo regeneracijo hrbtenjače,” je dejal Stupp, specialist regenerativne medicine. “Želel sem spremeniti rezultate poškodb hrbtenjače in, da bi se spoprijel s tem problemom, ogromen vpliv, ki bi ga lahko imela na življenja bolnikov. Poleg tega nova znanost za obravnavanje poškodb hrbtenjače verjetno vodi do nevrodegenerativnih bolezni.” in lahko vpliva na strategije za možgansko kap.”

‘Dancing Molecules’ so na poti zadeli tarčo

Skrivnost Stuppove nove prebojne terapije je uravnavanje hitrosti molekul, tako da lahko najdejo in se pravilno pritrdijo na obstojne celične receptorje. Vbrizgana kot tekočina se terapija takoj gelira v zapleteno mrežo nanovlaken, ki posnemajo zunajcelični matriks hrbtenjače. Z usklajevanjem strukture matriksa, posnemanjem gibanja bioloških molekul in vključevanjem signalov za receptorje lahko sintetični materiali komunicirajo s celicami.

READ  Ali lahko EmDrive dejansko deluje za vesoljska potovanja?

“Receptorji v nevronih in drugih celicah se nenehno premikajo,” je dejal Stupp. “Ključna inovacija v naši raziskavi, ki je še nikoli nismo naredili, je nadzor skupnega gibanja več kot 100.000 molekul v naših nanovlaknih. Te strukture, znane kot supramolekularni polimeri, omogočajo molekulam, da se premikajo, ‘plešejo’ ali ‘plešejo’ “. Tudi z začasnim skokom se lahko učinkoviteje povežejo z receptorji.”

Nanovlakna, ki vsebujejo molekule, ki nosijo dva različna bioaktivna signala (zeleni in oranžni), se zaradi hitrejšega gibanja molekul učinkoviteje vežejo na celične receptorje (rumene in modre). kredit: Samuel I. Stupp Laboratory/Marc Seniv/Northwest University

Stupp in njegova ekipa sta ugotovila, da je omogočanje gibanja molekul znotraj mreže nanovlaken, da postanejo bolj okretne, povzročilo večjo terapevtsko učinkovitost pri paraliziranih miših. Potrdili so tudi, da je formulacija njihove terapije s povečanim molekularnim gibanjem boljša med in vitro testi s človeškimi celicami, kar kaže na povečano bioaktivnost in celično signalizacijo.

“Glede na to, da so celice same in njihovi receptorji v nenehnem gibanju, si lahko predstavljate, da se bodo hitreje premikajoče se molekule pogosteje srečevale s temi receptorji,” je dejal Stupp. “Če so molekule počasne in niso tako” socialne “, morda nikoli ne bodo prišle v stik s celicami.”

Ena injekcija, dve indikaciji

Ko so pritrjene na receptorje, gibljive molekule sprožijo dva kaskadna signala, ki sta pomembna za popravilo hrbtenjače. Signal spodbudi, da se regenerirajo dolgi repi nevronov v hrbtenjači, imenovani aksoni. Tako kot električni kabli tudi aksoni pošiljajo signale med možgani in ostalim telesom. Rezanje ali poškodba aksona lahko povzroči izgubo občutljivosti v telesu ali celo paralizo. Po drugi strani popravilo aksonov izboljša komunikacijo med telesom in možgani.

Drugi signal pomaga nevronom preživeti po poškodbi, ker povzroča proliferacijo drugih vrst celic, spodbuja ponovno rast izgubljenih krvnih žil, ki hranijo nevrone in pomembne celice za obnovo tkiva. Terapija spodbudi mielin, da se obnovi okoli aksona in zmanjša glialne brazgotine, ki delujejo kot fizična ovira, ki preprečuje celjenje hrbtenjače.

Injekcijska terapija proizvaja nanovlakna

Nova injekcijska terapija ustvarja nanovlakna z dvema različnima bioaktivnima signaloma (zelenim in oranžnim), ki komunicirajo s celicami, da sprožijo popravilo poškodovane hrbtenjače. zasluge: Ilustracija Marca Seniva

“Signali, uporabljeni v študiji, posnemajo naravne beljakovine, ki so potrebne za induciranje želenih bioloških odzivov. Vendar imajo beljakovine zelo kratko razpolovno dobo in so drage za proizvodnjo,” je dejala prva avtorica študije Jada Alvarez. “Naši sintetični signali so majhni, modificirani peptidi, ki bodo – ko jih poveže na tisoče – preživeli več tednov, da bi zagotovili bioaktivnost. Končni rezultat je terapija, ki je cenejša za proizvodnjo in traja dlje.”

READ  NASA in Boeing sta lansirala Starliner na ISS: Kako gledati testni let v živo

Alvarez, nekdanji docent za raziskave v Stuppovem laboratoriju, je zdaj gostujoči učenjak na SQI in raziskovalec na Inštitutu za bioinženiring v Kataloni v Španiji.

univerzalna uporaba

Medtem ko bi novo terapijo lahko uporabili za preprečevanje paralize, ki jo povzročijo velike travme (avtomobilske nesreče, padci, športne nesreče in strelne rane), kot tudi bolezni, Stupp verjame, da je temelj odkritja – da je “supramolekularno gibanje” ključni dejavnik bioaktivnosti – se lahko uporablja za druge terapije in tarče.

“Tkivo osrednjega živčnega sistema, ki smo ga uspešno obnovili v poškodovanih hrbtenjačih, je podobno možganom, ki jih prizadenejo možganska kap in nevrodegenerativne bolezni, kot so ALS, Parkinsonova bolezen in Alzheimerjeva bolezen bolezni,” je dejal Stupp. “Poleg tega se lahko naše temeljno odkritje, kako nadzorovati hitrost molekularnega sestavljanja za izboljšanje celične signalizacije, univerzalno uporabiti v biomedicinskih ciljih.”

Referenca: “Bioaktivni odri z izboljšanim supramolekularnim gibanjem spodbujajo okrevanje po poškodbi hrbtenjače” Z. Alvarez, AN Kohlberg-Edelbrock, IR Sasselli, JA Ortega, R. Qiu, Z. Sergianis, PA, Mirou, F. Chen, SM Huh”. S. Weigand, E. Kiskinis in SI Stoop, 11. november 2021, znanost,
DOI: 10.1126/science.abh3602

Drugi avtorji študij Northwestern so Evangelos Kiskinis, docent za nevrologijo in nevroznanost pri Feinbergu; raziskovalni tehnik Fang Chen; podoktorski raziskovalci Ivan Sasselli, Alberto Ortega in Zois Sergianis; in podiplomski študenti Alexandra Kohlberg-Edelbrock, Ruomeng Qiu in Stacey Chin. Peter Mirou iz raziskovalnih laboratorijev letalskih sil in Steven Weigand iz nacionalnega laboratorija Argonne sta tudi soavtorja.

Študija, “Bioaktivni odri z izboljšanim supramolekularnim gibanjem spodbujajo okrevanje po poškodbi hrbtenjače,” Louis A. Simpson in Kimberly K. Quarre Center for Regenerative Nanomedicine, Simpson Quarre Institute for Bionanotechnology, Air Force Research Laboratory (nagrada). št. FA8650-15-2-5518), Nacionalni inštitut za nevrološke motnje in možgansko kap in Nacionalni inštitut za staranje (številke nagrad R01NS104219, R21NS107761 in R21NS107761-01A1), Les Turner ALS Foundation, F New York Veeans Stemly Raziskovalna fundacija (številka nagrade PVA17RF0008), Nacionalna znanstvena fundacija in Francosko združenje za mišično distrofijo.

Mojca Andreja

Nagnjena je k apatiji. Nevidni raziskovalec. Vseživljenjski guru slanine. Potovalni odvisnik. Organizator. "

Related Posts

Dodaj odgovor

Vaš e-naslov ne bo objavljen. * označuje zahtevana polja

Read also x