„Tańczące” cząsteczki naprawiają uszkodzony rdzeń kręgowy

Po jednym zastrzyku sparaliżowane myszy (zaledwie w ciągu czterech tygodni) zaczęły chodzić. To zasługa cząsteczek, które pobudzają neurony do naprawy, usuwają blizny po urazie, naprawiają osłonkę komórek nerwowych i poprawiają krążenie. Naukowcy z Northwestern University na łamach magazynu „Science” opisali tę nowatorską terapię.

Po jednokrotnym podaniu cząsteczek sparaliżowanym myszom naukowcy zauważyli wiele skutków. Zniszczone wypustki neuronów (aksony) zregenerowały się, utrudniające naprawę blizny zostały w dużej mierze usunięte, zregenerowała się otaczająca neurony osłonka mielinowa, wytworzyły się nowe naczynia krwionośne odżywiające nerwy i przeżyło więcej neuronów.

Po wykonaniu zadania w ciągu 12 tygodni cząsteczki się rozpuszczają i zamieniają w substancje odżywcze.

– W naszym badaniu chcemy znaleźć terapię, która może zapobiegać paraliżowi po poważnym uszkodzeniu czy chorobie. Przez całe dekady pozostawało to ogromnym wyzwaniem dla naukowców, ponieważ centralny układ nerwowy obejmujący mózg i rdzeń kręgowy nie ma większych zdolności do samonaprawy po urazie czy neurodegeneracyjnej chorobie. Zamierzamy zgłosić się do FDA z wnioskiem o zatwierdzenie tej metody do stosowania u ludzi, którzy dzisiaj nie mają wielu opcji leczenia – podkreśla kierujący pracami prof. Samuel I. Stupp.

Naukowcy przypominają, że tylko 3 proc. osób z pełnym uszkodzeniem rdzenia odzyskuje podstawowe funkcje ruchowe.

Ok. 30 proc. chorych przynajmniej raz w roku trafia do szpitala, a ich oczekiwana długość życia jest znacznie obniżona i nie poprawiła się od lat 80. – Nie ma leków uruchamiających regenerację rdzenia kręgowego – mówi prof. Stupp.

Dodał, że chciał odmienić skutki uszkodzeń rdzenia i zająć się tym problemem ze względu na możliwy wpływ na życie pacjentów. Co więcej, nowe odkrycia mogą mieć znaczenie także w wypadku chorób neurodegeneracyjnych i udarów.

Wstrzykiwane w miejsce uszkodzeń cząsteczki tworzę mikrowłókna, które naśladują tkankę otaczającą neurony. Umieszczone w nich cząsteczki „tańczą”, tzn. poruszają się w zgodzie z ruchem odpowiednich receptorów na powierzchni komórek nerwowych. W ten sposób mogą z tymi receptorami oddziaływać, co prowadzi do pobudzenia komórek do regeneracji.

– Główną nowością w naszym badaniu, której dotychczas nie wprowadzono, jest kontrola kolektywnego ruchu ponad 100 tys. cząsteczek znajdujących się w mikrowłóknach. Przez nakłonienie cząsteczek do ruchu, ‘tańca’, a nawet czasowego wyskakiwania z tych struktur znanych jako supramolekularne polimery, są one zdolne do skuteczniejszego łączenia się z receptorami – tłumaczy prof. Stupp.

Ruch cząsteczek okazał się także wspomagać reakcje z receptorami w badaniach in vitro na komórkach ludzkich.

– Biorąc pod uwagę, że same komórki oraz ich receptory są w ciągłym ruchu, można sobie wyobrazić, że cząsteczki poruszające się szybciej napotkają więcej tych receptorów. Jeśli są powolne i nie tak „towarzyskie”, mogą nigdy nie wejść w kontakt z receptorem – wyjaśnia naukowiec.

Po przyłączeniu do receptora cząsteczki wywołują dwie kaskady sygnałów, z których obie są kluczowe dla regeneracji rdzenia. Jeden rodzaj sygnału powoduje odbudowę długich wypustek neuronów - aksonów niezbędnych do komunikacji między mózgiem a ciałem. Drugi rodzaj pomaga neuronom przetrwać po urazie, ponieważ pobudza towarzyszące im komórki do namnażania się oraz wspiera powstawanie nowych naczyń krwionośnych.

Terapia powoduje również odbudowę osłonki mielinowej otaczającej komórki nerwowe i zmniejsza blizny, które często stoją na przeszkodzie regeneracji.

– Użyte przez nas sygnały naśladują działanie naturalnych białek potrzebnych do uzyskania pożądanych biologicznych odpowiedzi. Jednak białka bardzo krótko żyją i są drogie w wytwarzaniu. Nasze syntetyczne cząsteczki sygnalizacyjne są krótkimi, zmodyfikowanymi peptydami, które gdy łączą się tysiącami, przetrwają tygodnie, utrzymując biologiczną aktywność. Końcowym skutkiem jest dużo tańsza i działająca dłużej terapia – mówi współautorka dokonania dr Zaida Álvarez.

Według badaczy metoda może pomagać po wypadkach i chorobach uszkadzających rdzeń, ale także może się okazać skuteczna w innych przypadkach.

– Tkanka centralnego układu nerwowego zregenerowana w rdzeniu przypomina tkanki niszczone w mózgu przez udar i choroby neurodegeneracyjne, np. ALS, chorobę Parkinsona czy Alzheimera. Do tego nasze podstawowe odkrycie odnośnie kontrolowania ruchu cząsteczkowych konglomeratów, który nasila sygnalizację dla komórek, może być zastosowane bardziej uniwersalnie, na różnych biomedycznych celach – podkreśla prof. Stupp.