«Θεραπεία που χορεύει» αποκατέστησε τραυματισμό σε Nωτιαίο Mυελό εργαστηρίου

 Σε νωτιαίο μυελό εργαστηρίου προκλήθηκε τραυματισμός που στη συνέχεια θεραπεύθηκε με χρήση… μορίων που χορεύουν

Ερευνητές του Πανεπιστημίου Νορθγουέστερν δημιούργησαν το πιο λεπτομερές ως σήμερα μοντέλο νωτιαίου μυελού στο εργαστήριο, στο οποίο προκάλεσαν τραυματισμό και στη συνέχεια κατάφεραν να θεραπεύσουν με χρήση «μορίων που χορεύουν».

Οργανα- μινιατούρες από βλαστικά κύτταρα

Όπως ανέφερε η ερευνητική ομάδα στο επιστημονικό περιοδικό «Nature Biomedical Engineering», εργάστηκε επάνω σε οργανοειδή ανθρώπινου νωτιαίου μυελού – δηλαδή σε όργανα- μινιατούρες που προέρχονται από βλαστικά κύτταρα – προκειμένου να αναπαραγάγει διαφορετικές μορφές τραυματισμών του νωτιαίου μυελού και να αξιολογήσει τη χρήση αναγεννητικών θεραπειών για την αντιμετώπισή τους.

Για πρώτη φορά οι ερευνητές έδειξαν ότι αυτά τα οργανοειδή μπορούν πράγματι να αναπαραγάγουν πιστά τις βασικές βιολογικές συνέπειες των τραυματισμών του νωτιαίου μυελού. Το μοντέλο εμφάνισε φλεγμονή, κυτταρικό θάνατο και δημιουργία ουλώδους ιστού ο οποίος σχηματίζει ένα φυσικό και χημικό φραγμό που αποτρέπει την αποκατάσταση των νεύρων μετά από τραυματισμό.

Αποκατάσταση με… μόρια που χορεύουν

Όταν όμως οι ερευνητές χορήγησαν στα κατεστραμμένα από τον τραυματισμό οργανίδια «μόρια που χορεύουν» – μια θεραπεία που είχε αποκαταστήσει την κινητικότητα σε προηγούμενη μελέτη σε ζώα τα οποία είχαν υποστεί τραυματισμούς του νωτιαίου μυελού – τα αποτελέσματα ήταν θεαματικά. Ο τραυματισμένος ιστός εμφάνισε σημαντική ανάπτυξη των νευρικών αποφυάδων οι οποίες επιτρέπουν στους νευρώνες να επικοινωνούν μεταξύ τους ενώ παράλληλα μειώθηκε σημαντικά ο ουλώδης ιστός στην περιοχή.

Υποσχόμενη θεραπεία για τους ανθρώπους

Τα ευρήματα αυτά δείχνουν ότι η… θεραπεία που χορεύει, η οποία έλαβε προσφάτως τον χαρακτηρισμό ορφανού φαρμάκου από τον αρμόδιο αμερικανικό Οργανισμό Τροφίμων και Φαρμάκων (FDA), μπορεί να βελτιώσει την ανάρρωση ατόμων με τραυματισμούς του νωτιαίου μυελού. «Μια από τις πιο συναρπαστικές πτυχές των οργανοειδών είναι το ότι μπορούμε να τα χρησιμοποιήσουμε για να δοκιμάσουμε νέες θεραπείες σε ανθρώπινους ιστούς» ανέφερε ο καθηγητής Μηχανικής και Επιστήμης Υλικών, Χημείας, Ιατρικής και Βιοϊατρικής Μηχανικής του Πανεπιστημίου Νορθγουέστερν Σάμιουελ Σταπ, ο οποίος είναι ο κύριος συγγραφέας της μελέτης και «πατέρας» των μορίων που χορεύουν.

Ο καθηγητής Σταπ προσέθεσε ότι «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».

Με «μαγιά» τα κύτταρα iPS

Τα οργανοειδή δημιουργούνται στο εργαστήριο από κύτταρα iPS (induced pluripotent stem cells, ενήλικα κύτταρα τα οποία μετά από επεξεργασία αποκτούν τις πολυδύναμες ιδιότητες των εμβρυϊκών βλαστικών κυττάρων). Παρότι αποτελούν απλοποιημένες εκδοχές των ανθρώπινων οργάνων μοιάζουν πολύ με τα πραγματικά όργανα στη δομή, στην ποικιλία των κυτταρικών τύπων που τα απαρτίζουν καθώς και στη λειτουργία τους.

Πρωτοποριακό μοντέλο

Παρότι άλλες ομάδες είχαν δημιουργήσει στο παρελθόν οργανοειδή του νωτιαίου μυελού, το νέο μοντέλο των ειδικών από το Πανεπιστήμιο Νορθγουέστερν θεωρείται ένα σημαντικό βήμα στην έρευνα των τραυματισμών του νωτιαίου μυελού. Και αυτό διότι επετεύχθη για πρώτη φορά η δημιουργία οργανοειδών με πάχος αρκετών χιλιοστών τα οποία ήταν μάλιστα αρκετά ώριμα ώστε να καταστεί δυνατή η μοντελοποίηση των βλαβών που προκαλούν οι τραυματισμοί στον νωτιαίο μυελό.

Δημιουργία πολύπλοκου ιστού

Επί αρκετούς μήνες η ερευνητική ομάδα καθοδηγούσε τα βλαστικά κύτταρα ώστε να δημιουργήσουν πολύπλοκο ιστό του νωτιαίου μυελού ο οποίος περιείχε νευρώνες και αστροκύτταρα. Το οργανοειδές αυτό ήταν επίσης το πρώτο που διέθετε μικρογλοία – ανοσοκύτταρα του κεντρικού νευρικού συστήματος – προκειμένου να γίνει σωστή αναπαραγωγή της φλεγμονώδους απόκρισης που λαμβάνει χώρα μετά από τραυματισμό του νωτιαίου μυελού.

Ενα ρεαλιστικό ψευδο-όργανο

«Είναι ένα είδος ψευδο-οργάνου αυτό που δημιουργήσαμε. Ημασταν 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 είναι η «θεραπεία που χορεύει»

Όταν τα οργανοειδή αναπτύχθηκαν πλήρως οι ερευνητές δοκίμασαν επάνω τους τη «θεραπεία που χορεύει». Ονομάζεται έτσι επειδή χρησιμοποιεί ελεγχόμενη μοριακή κίνηση για την αποκατάσταση των ιστών και υπόσχεται να αναστρέψει την παράλυση μετά από τραυματισμούς του νωτιαίου μυελού. Η θεραπεία που ανέπτυξαν οι ερευνητές του Νορθγουέστερν ανήκει σε μια ευρύτερη οικογένεια υπερμοριακών θεραπευτικών πεπτιδίων (STPs), η οποία βασίζεται σε μεγάλες ομάδες 100.000 ή και περισσότερων μορίων που έχουν ως στόχο να ενεργοποιήσουν τους κυτταρικούς υποδοχείς και τα σήματα φυσικής αποκατάστασης του οργανισμού. Να σημειωθεί εδώ ότι η φιλοσοφία των υπερμοριακών θεραπειών χρησιμοποιείται σήμερα και στις δημοφιλείς θεραπείες GLP-1 για τον διαβήτη και το αδυνάτισμα, ένα πεδίο το οποίο το εργαστήριο του καθηγητή Σταπ μελετά εδώ και σχεδόν 15 χρόνια.

Εγχυση και ανάπτυξη δικτύου νανοϊνών

Η θεραπεία χορηγείται σε ενέσιμη μορφή και σχηματίζει ταχέως ένα δίκτυο νανοϊνών που μοιάζει 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» σημείωνε ο καθηγητής Σταπ το 2021.

Ακρως ενθαρρυντικά πειράματα σε ποντίκια

Στα προηγούμενα πειράματα της ομάδας σε ποντίκια, μια και μόνο έγχυση της θεραπείας 24 ώρες μετά από σοβαρό τραυματισμό του νωτιαίου μυελού επέτρεψε στα ζώα να περπατήσουν ξανά μέσα σε τέσσερις εβδομάδες.

Δύο κοινοί τύποι τραύματος

Στα νέα τους πειράματα στα οργανοειδή, οι ερευνητές προκάλεσαν δύο κοινούς τύπους τραύματος. Ο ένας προσομοίαζε με χειρουργικό τραύμα ενώ ο δεύτερος με τραύμα που προκαλείται μετά από ένα σοβαρό τροχαίο ατύχημα ή μια πτώση.

Θεαματικά αποτελέσματα της θεραπείας

Και οι δύο τύποι τραυμάτων οδήγησαν σε κυτταρικό θάνατο και σε δημιουργία ουλώδους ιστού – όπως συμβαίνει και σε έναν πραγματικό τραυματισμό του νωτιαίου μυελού στους ανθρώπους. Ωστόσο μετά τη θεραπεία με τα «μόρια που χορεύουν» εμφανίστηκε μείωση της φλεγμονής και του ουλώδους ιστού, ενεργοποίηση της αναγέννησης των νευριτών και ανάπτυξη των νευρώνων σε οργανωμένα μοτίβα. Η προαγωγή της ανάπτυξης των νευριτών οδηγεί σε επανασύνδεση μεταξύ των νευρώνων και σε αποκατάσταση της κινητικότητας.

Τα επόμενα βήματα προς την εξατομικευμένη αποκατάσταση

Επόμενο βήμα για την ερευνητική ομάδα είναι η δημιουργία ακόμη πιο προηγμένων οργανοειδών καθώς και η μελέτη τραυματισμών που προσομοιάζουν σε χρόνιους τραυματισμούς του νωτιαίου μυελού, στους οποίους ο ουλώδης ιστός είναι περισσότερος και πιο επίμονος.

Κατά τον δρα Σταπ, με περαιτέρω ανάπτυξη, ο νωτιαίος μυελός- μινιατούρα που ανέπτυξε με τους συνεργάτες του θα αποτελέσει ένα σημαντικό βήμα προς τον στόχο της εξατομικευμένης ιατρικής. Ο καθηγητής οραματίζεται ένα μέλλον στο οποίο θα δημιουργείται στο εργαστήριο ιστός του νωτιαίου μυελού από τα βλαστικά κύτταρα του ίδιου του ασθενούς και στη συνέχεια ο ιστός αυτός θα εισάγεται στην περιοχή του τραυματισμού αποκαθιστώντας τις βλάβες και περιορίζοντας παράλληλα τον κίνδυνο απόρριψης του μοσχεύματος από το ανοσοποιητικό σύστημα. Οψόμεθα!