Felci Tersine Çevirmek, Omurilik Yaralanmalarından Sonra Dokuyu Onarmak İçin ‘Dans Eden Moleküller’ Kullanılıyor

Önemli gerçekler

• Her yıl dünya çapında 250.000 ila 500.000 kişi omurilik yaralanmasından (SCI) muzdariptir.
• Omurilik yaralanmalarının çoğu, trafik kazaları, düşmeler veya şiddet gibi önlenebilir nedenlere bağlıdır.
• Omurilik yaralanması olan kişilerin, düşük ve orta gelirli ülkelerde daha düşük hayatta kalma şansıyla birlikte, omurilik yaralanması olmayan kişilere göre erken ölme olasılığı iki ila beş kat daha fazladır.
• Yaralanmanın seviyesi ve ciddiyeti, maliyetler üzerinde önemli bir etkiye sahiptir – omurilikte daha yüksek yaralanmalar (örn. tetraplejiye karşı parapleji) daha yüksek maliyetlere neden olur.
• Omurilik yaralanması, güçten düşürücü ve hatta yaşamı tehdit edici olabilen ikincil durumlar geliştirme riski ile ilişkilidir.
• Omurilik yaralanması, bir kişiyi bakıcılara bağımlı hale getirebilir.

(Omurilik yaralanmalarını onaran yeni bir enjekte edilebilir tedavide, moleküller “dans eden” nanolifler oluşturur ve hasarlı omuriliği onarmak için hücrelerle iletişimi daha olası hale getirir. Kredi: Northwestern Üniversitesi)

Omurilik yaralanmalarının düzeltilmesi: Dans eden moleküller

Bilim adamları onlarca yıldır omurilik yaralanmaları için genellikle çok az başarı ile etkili bir tedavi aradılar. Şimdi, Northwestern Üniversitesi bilim adamlarının yeni araştırması, oyunun kurallarını değiştiren bir yenilikle sonuçlandı: “dans eden moleküller” omurilik dokusunu onarır ve felci tersine çevirir.

Tedavinin farelerde işe yaradığı zaten gösterilmiştir. Felçli fareler, yeni tedavinin enjeksiyonundan dört hafta sonra yürüme yeteneklerini yeniden kazandı. Science dergisinde kısa süre önce yayınlanan araştırma, her yıl ciddi omurilik yaralanmaları ile felç olan binlerce kişiye umut veriyor.

“Bu araştırma, biyomedikal tedaviler için sadece omurilik yaralanmaları için değil, Alzheimer veya felç gibi sinir sistemini etkileyen diğer nörojeneratif hastalıklar için de geniş etkilere sahip olacak.” — Samuel Stupp, Northwestern Üniversitesi

Northwestern’de malzeme bilimi ve mühendisliği, kimya, tıp ve biyomedikal mühendisliği profesörü ve çalışmayı yöneten Samuel Stupp, “Araştırmamız, bireylerin büyük bir travma veya hastalıktan sonra felç olmasını engelleyebilecek bir terapi bulmayı amaçlıyor” dedi.” Bu, bilim adamları için büyük bir zorluk olmaya devam ediyor çünkü vücudumuzun beyni ve omuriliği içeren merkezi sinir sistemi, yaralanmadan sonra veya dejeneratif bir hastalığın başlangıcından sonra kendini onarmak için önemli bir kapasiteye sahip değil. ”

Northwestern Üniversitesi araştırmacıları, ciddi omurilik yaralanmalarından sonra felci tersine çevirmek ve dokuyu onarmak için “dans eden molekülleri” kullanan yeni bir enjekte edilebilir terapi geliştirdiler.

Yeni bir çalışmada, araştırmacılar felçli farelerin omuriliklerini çevreleyen dokulara tek bir enjeksiyon yaptılar. Sadece dört hafta sonra hayvanlar yürüme yeteneğini yeniden kazandılar.

Beş önemli gelişme

Çığır açan tedavi, hücreleri onarmak ve yenilemek üzere tetiklemek için biyoaktif sinyaller göndererek, ciddi şekilde yaralanmış omurilikleri beş temel yolla önemli ölçüde iyileştirdi:

1. Akson adı verilen nöronların kopmuş uzantıları yenilendi.
2. Rejenerasyon ve onarım için fiziksel bir engel oluşturabilen skar dokusu önemli ölçüde azaldı
3. Elektrik sinyallerinin verimli bir şekilde iletilmesinde önemli olan aksonların yalıtkan tabakası olan miyelin, hücrelerin etrafında yeniden şekillendi.
4. Yaralanma bölgesindeki hücrelere besin sağlamak için oluşturulmuş fonksiyonel kan damarları
5. Daha fazla motor nöron hayatta kaldı

Terapi işlevini yerine getirdikten sonra, malzemeler 12 hafta içinde hücreler için besin maddelerine biyolojik olarak parçalanır ve daha sonra gözle görülür yan etkiler olmadan vücuttan tamamen kaybolur. Bu, araştırmacıların bir terapötik etkinliği artırmak için kimyasal yapıdaki değişiklikler yoluyla moleküllerin toplu hareketini kontrol ettikleri ilk çalışmadır.

Araştırmayı yöneten Northwestern’den Samuel I. Stupp, “Araştırmamız, bireylerin büyük bir travma veya hastalıktan sonra felç olmasını önleyebilecek bir terapi bulmayı amaçlıyor” dedi. “Onlarca yıldır bilim adamları için bu büyük bir zorluk olmaya devam ediyor çünkü vücudumuzun beyni ve omuriliği içeren merkezi sinir sistemi, yaralanmadan sonra veya dejeneratif bir hastalığın başlangıcından sonra kendini onarmak için önemli bir kapasiteye sahip değil. Şu anda çok az tedavi seçeneği olan insan hastalarda kullanılmak üzere bu yeni tedavinin onaylanması sürecini başlatmak için doğrudan FDA’ya gidiyoruz.”

Stupp, Simpson Querrey BiyoNanoteknoloji Enstitüsü  (SQI) ve bağlı araştırma merkezi  olan Rejeneratif Nanotıp Merkezi’nin kurucu direktörlüğünü yaptığı Northwestern’de Malzeme Bilimi ve Mühendisliği, Kimya, Tıp ve Biyomedikal Mühendisliği Mütevelli Heyeti Profesörüdür. McCormick Mühendislik Okulu, Weinberg Sanat ve Bilim Koleji ve Feinberg Tıp Okulu’nda randevuları var.

Yaşam beklentisi 1980’lerden beri iyileşmedi

Ulusal Omurilik Yaralanması İstatistik Merkezi’ne göre, şu anda Amerika Birleşik Devletleri’nde yaklaşık 300.000 kişi omurilik yaralanmasıyla yaşıyor. Bu hastalar için hayat olağanüstü derecede zor olabilir. Tam yaralanması olan kişilerin %3’ünden daha azı, temel fiziksel işlevleri geri kazanmaktadır. Ve yaklaşık %30’u ilk yaralanmadan sonra herhangi bir yılda en az bir kez yeniden hastaneye kaldırılır ve bu da hasta başına yaşam boyu ortalama sağlık bakımı maliyeti olarak milyonlarca dolara mal olur. Omurilik yaralanması olan kişiler için yaşam beklentisi, omurilik yaralanması olmayan kişilere göre önemli ölçüde daha düşüktür ve 1980’lerden beri iyileşmemiştir.

Rejeneratif tıp uzmanı Stupp, “Şu anda omurilik rejenerasyonunu tetikleyen herhangi bir tedavi yok” dedi. “Omurilik yaralanmasının sonuçları üzerinde bir fark yaratmak ve hastaların yaşamları üzerinde yaratabileceği muazzam etki göz önüne alındığında bu sorunu çözmek istedim. Ayrıca, omurilik yaralanmasını ele alan yeni bilim, nörodejeneratif hastalıklar ve felç için stratejiler üzerinde etkili olabilir.”

‘Dans eden moleküller’ hareketli hedefleri vurdu

Stupp’un çığır açan yeni terapötik yönteminin ardındaki sır, moleküllerin hareketini ayarlayarak sürekli hareket eden hücresel reseptörleri bulabilmeleri ve uygun şekilde bağlayabilmeleridir. Bir sıvı olarak enjekte edilen terapi, omuriliğin hücre dışı matrisini taklit eden karmaşık bir nanolif ağına anında jelleşir. Matrisin yapısını eşleştirerek, biyolojik moleküllerin hareketini taklit ederek ve reseptörler için sinyaller dahil ederek, sentetik malzemeler hücrelerle iletişim kurabilir.

Stupp, “Nöronlardaki ve diğer hücrelerdeki alıcılar sürekli hareket eder” dedi. “Daha önce hiç yapılmamış olan araştırmamızdaki en önemli yenilik, nanoliflerimizdeki 100.000’den fazla molekülün toplu hareketini kontrol etmektir. Molekülleri hareket ettirerek, ‘dans ettirerek’ ve hatta supramoleküler polimerler olarak bilinen bu yapılardan geçici olarak dışarı atlayarak, reseptörlerle daha etkili bir şekilde bağlantı kurabilirler.”

Stupp ve ekibi, nanofiber ağ içindeki moleküllerin hareketini daha çevik hale getirmek için ince ayar yapmanın felçli farelerde daha fazla terapötik etkinlikle sonuçlandığını buldu. Ayrıca, geliştirilmiş moleküler hareket ile tedavilerinin formülasyonlarının, insan hücreleriyle yapılan in vitro testler sırasında daha iyi performans gösterdiğini ve bunun artan biyoaktivite ve hücresel sinyalleşmeyi gösterdiğini doğruladılar.

Stupp, “Hücrelerin kendileri ve reseptörleri sürekli hareket halindeyken, daha hızlı hareket eden moleküllerin bu reseptörlerle daha sık karşılaşacağını hayal edebilirsiniz.” Dedi. “Moleküller yavaşsa ve ‘sosyal’ değilse, hücrelerle asla temas etmeyebilirler.”

Sinyaller doğal proteinleri taklit eder- Bir enjeksiyon, iki sinyal

Reseptörlere bağlandıktan sonra, hareketli moleküller, her ikisi de omurilik onarımı için kritik olan iki basamaklı sinyali tetikler. Bir sinyal, omurilikteki akson adı verilen nöronların uzun kuyruklarını yenilemek için harekete geçirir. Elektrik kablolarına benzer şekilde, aksonlar beyin ve vücudun geri kalanı arasında sinyaller gönderir. Aksonların kopması veya zarar görmesi vücutta his kaybına ve hatta felce neden olabilir. Aksonları onarmak ise vücut ve beyin arasındaki iletişimi arttırır.

İkinci sinyal, nöronların yaralanmadan sonra hayatta kalmasına yardımcı olur, çünkü diğer hücre türlerinin çoğalmasına neden olur, nöronları besleyen kayıp kan damarlarının yeniden büyümesini ve doku onarımı için kritik hücreleri teşvik eder. Terapi aynı zamanda miyelini aksonların etrafında yeniden oluşturmaya teşvik eder ve omuriliğin iyileşmesini önleyen fiziksel bir bariyer görevi gören glial yara izini azaltır.

“Çalışmada kullanılan sinyaller, istenen biyolojik tepkileri indüklemek için ihtiyaç duyulan doğal proteinleri taklit ediyor. Bununla birlikte, proteinlerin yarılanma ömrü son derece kısadır ve üretilmesi pahalıdır,” diyor çalışmanın ilk yazarı ve Stupp’un laboratuvarında eski araştırma görevlisi olan Zaida Álvarez. “Sentetik sinyallerimiz kısa, modifiye edilmiş peptitlerdir ve binlercesi birbirine bağlandığında biyoaktivite sağlamak için haftalarca hayatta kalacaktır. Sonuç, üretilmesi daha ucuz ve çok daha uzun süren bir terapidir.”

Evrensel uygulama

Yeni terapi, hastalıklardan olduğu kadar büyük travmalardan (otomobil kazaları, düşmeler, spor kazaları ve ateşli silah yaralanmaları) sonra felci önlemek için kullanılabilirken, Stupp, altta yatan keşfin – “supramoleküler hareketin” biyoaktivitede kilit bir faktör olduğuna inanıyor. diğer tedavilere ve hedeflere uygulanabilir.

Stupp, “Yaralı omurilikte başarıyla yenilediğimiz merkezi sinir sistemi dokuları, beyindeki felç ve ALS, Parkinson hastalığı ve Alzheimer hastalığı gibi nörodejeneratif hastalıklardan etkilenenlere benzer” dedi. “Bunun ötesinde, hücre sinyallemesini geliştirmek için moleküler düzeneklerin hareketini kontrol etme konusundaki temel keşfimiz, evrensel olarak biyomedikal hedeflere uygulanabilir.”

Diğer Kuzeybatı araştırma yazarları arasında  Feinberg’de nöroloji ve sinirbilim yardımcı doçenti Evangelos Kiskinis ; araştırma teknisyeni Feng Chen; doktora sonrası araştırmacılar Ivan Sasselli, Alberto Ortega ve Zois Syrgiannis; ve yüksek lisans öğrencileri Alexandra Kolberg-Edelbrock, Ruomeng Qiu ve Stacey Chin. Hava Kuvvetleri Araştırma Laboratuvarlarından Peter Mirau ve Argonne Ulusal Laboratuvarı’ndan Steven Weigand da ortak yazarlardır.

Editör: Astropower – 27.08.2022