Istraživači sa Sveučilišta Northwestern razvili su novu injekcijsku terapiju koja koristi tzv. “plešuće molekule” (eng. dancing molecules) u sklopu terapije paralize i popravak tkiva nakon teških ozljeda leđne moždine. Studija je uključivala eksperiment u kojem su istraživači primijenili injekcijsku terapiju u tkivo lokaliziranom u neposrednoj blizini leđne moždine paraliziranih miševa. Samo četiri tjedna kasnije, životinje su povratile sposobnost hodanja.

Rezultati ovog istraživanja objavljeni su u izdanju časopisa Science 12. studenog ove godine i predstavljaju potencijalnu revoluciju u terapiji osoba s različitim oblicima i stupnjevima paralize.

Slanjem bioaktivnih signala koji pokreću stanice i potiču ih u smjeru reparacije i regeneracije, ova revolucionarna terapija dramatično utječe na teško oštećene leđne moždine testiranih životinja na pet ključnih načina:

• regeneracija oštećenih neuronskih aksona;
• značajna redukcija ožiljkastog tkiva, koje može predstavljati fizičku prepreku regeneraciji i reparaciji ozlijeđenog tkiva
• reformacija i regeneracija mijelinske ovojnice, izolacijskog sloja aksona koji je važan u učinkovitom prijenosu električnih signala
• formacija funkcionalnih krvnih žila čija je osnovna uloga isporuka hranjivih tvari u stanice na mjestu ozljede;
• visok postotak preživljenja motoričkih neurona

Nakon završetka terapije i pokretanja procesa koji će rezultirati željenim učinkom, tvari koje se upotrebljavaju u terapiji u roku od 12 tjedana biorazgrađuju se u hranjive tvari za stanice, a zatim potpuno nestaju iz tijela, i to bez primjetnih nuspojava. Ovo je prva studija u kojoj su istraživači kontrolirali kolektivno kretanje molekula prateći promjene u njihovoj kemijskoj strukturi, a sve kako bi povećali učinkovitost terapije.

“Naše istraživanje za cilj ima pronaći terapiju koja će osobama s teškim oštećenjima kralježnice, bilo nakon traume, bilo nakon bolesti, omogućiti normalan nastavak života bez ovisnosti o pomagalima i stalnoj njezi”, rekao je Samuel I. Stupp, znanstvenik sa Sveučilišta Northwestern, koji je vodio studiju. “Otkrivanje novih terapeutskih mogućnosti desetljećima su veliki izazov znanstvenicima koji se bave regeneracijom živčanog sustava čovjeka, jer središnji živčani sustav našeg tijela, koji uključuje mozak i leđnu moždinu, nema razvijenu sposobnost popravka nakon ozljede ili nastanka degenerativne bolesti. Naš je plan izravno kontaktirati FDA (Američka Agencija za hranu i lijekove eng. United States Food and Drug Administration, op.a.) kako bismo što ranije započeli proces odobravanja ove nove terapije za primjenu kod ljudi, koji trenutno po ovom pitanju imaju vrlo malo opcija u liječenju.”

Stupp je američki profesor znanosti o materijalima, inženjerstvu, kemiji, medicini i biomedicinskom inženjerstvu u Odboru povjerenika na Northwesternu, gdje je osnivač i direktor Simpson Querrey instituta za bionanotehnologiju (SQI) i njegovog pridruženog istraživačkog centra, Centra za regenerativnu nanomedicinu.

Prema američkom „Nacionalnom statističkom centru za ozljede kralježnične moždine“, gotovo 300.000 ljudi u Sjedinjenim Američkim Državama trenutno živi s ozljedom leđne moždine. Život ovih pacijenata može biti izuzetno težak. Manje od 3% ljudi s potpunom ozljedom leđne moždine ikada oporavi osnovne tjelesne funkcije, dok je otprilike 30% ovakvih pacijenata tijekom bilo koje godine nakon početne ozljede ponovno hospitalizirano barem jednom, što dodaje milijune dolara na prosjek životnih troškova zdravstvene skrbi po pacijentu. Očekivano trajanje života osoba s ozljedama leđne moždine znatno je niže od onih bez ozljeda leđne moždine i nije se poboljšalo od osamdesetih godina prošlog stoljeća.

“Trenutno ne postoje terapijski postupci koji pokreću regeneraciju leđne moždine”, rekao je Stupp, stručnjak za regenerativnu medicinu. “Želio sam napraviti razliku po pitanju ishoda ozljeda leđne moždine i ozbiljno se uhvatiti u koštac s ovim problemom, s obzirom na ogroman utjecaj koji bi njegovo rješavanje moglo imati na živote pacijenata. Također, začetak i razvoj ove nove znanosti, namijenjene pronalasku različitih opcija liječenja ozljeda leđne moždine, mogao bi utjecati na postojeće strategije liječenja neurodegenerativnih bolesti i prevenciju te liječenje moždanog udara.”

‘Molekule koje plešu’ pogađaju pokretne mete

Tajna iza ovog potencijalno revolucionarnog terapeutskog otkrića  leži u podešavanju gibanja molekula, koje su nakon obrade sposobne pronaći i pravilno uključiti odgovarajuće stanične receptore, koji su u stalnom pokretu. Ubrizgana kao tekućina, terapeutska supstanca se odmah gelira u složenu mrežu nanovlakana koja oponašaju ekstracelularni matriks leđne moždine. Usklađujući strukturu matrice, oponašajući kretanje bioloških molekula i inkorporirajući signale za receptore, sintetski materijali mogu komunicirati sa stanicama.

“Receptori u neuronima i drugim stanicama u stalnom su pokretu”, navodi Stupp. “Ključna inovacija u našem istraživanju, nikad ranije opažena i primijenjena, leži u kontroli kolektivnog gibanja više od 100.000 molekula unutar naših nanovlakana. Tjerajući molekule da se kreću, ‘plešu’ ili čak privremeno iskaču iz ovih struktura, poznatijih kao supramolekularni polimeri, značajno se povećava učinkovitost njihova povezivanja s receptorima u neuronima.”

Stupp i njegov tim otkrili su da fino ugađanje gibanja molekula unutar mreže nanovlakana, kako bi ih se učinilo agilnijim, rezultira većom terapijskom učinkovitošću kod paraliziranih miševa. Također su potvrdili da su formulacije njihove terapije koja se temelji na molekulama s poboljšanim kretanjem pokazale čak i boljima tijekom in vitro testova na ​​ljudskim stanicama, rezultiravši povećanom razinom bioaktivnosti i stanične signalizacije.

“S obzirom na to da su same stanice i njihovi receptori u stalnom pokretu, možete zamisliti da bi se molekule koje se kreću brže češće susrele s tim receptorima”, rekao je Stupp. “Ako su molekule trome i nisu tako ‘društvene’, možda nikada neće ni doći u kontakt s ciljnim stanicama.”

Jedna injekcija, dva signala

Jednom spojene na receptore, pokretne molekule pokreću dva kaskadna signala, pri čemu su oba ključna za popravak oštećene leđne moždine. Jedan signal na regeneraciju potiče neuronske aksone u leđnoj moždini. Slično kao i električni kabeli, aksoni prenose signale između mozga i ostatka tijela. Presijecanje ili oštećenje aksona može dovesti do različitih poremećaja, pri čemu su oni najteži gubitak osjeta ili čak paraliza. Popravkom aksona, s druge strane, omogućuje se ponovna uspostava komunikacije između mozga i perifernih dijelova tijela.

Drugi signal, pak, omogućuje neuronima preživljenje nakon ozljede jer dovodi do proliferacije drugih tipova stanica, osobito krvožilnih, povećavajući prvo koncentraciju različitih faktora rasta, u prvom redu VEGF-a (eng. vascular endothelial growth factor, faktor rasta vaskularnog endotela), a sve to za rezultat ima ponovni rast izgubljenih krvnih žila koje hrane neurone i kritične stanice za popravak tkiva. Terapija također potiče obnovu aksonske mijelinske ovojnice i smanjuje glijalne ožiljke, koji djeluju kao fizička barijera koja sprječava zacjeljivanje leđne moždine.

“Signali korišteni u studiji oponašaju prirodne proteine ​​koji su potrebni za induciranje željenih bioloških odgovora. Međutim, proteini imaju izuzetno kratak poluživot i skupi su za proizvodnju”, rekla je Zaida Álvarez, prva autorica studije i bivša asistentica u Stuppovu laboratoriju. “Naši sintetski signali su kratki, modificirani peptidi koji će – kada ih se na tisuće povežu zajedno – preživjeti tjednima kako bi isporučili željenu razinu bioaktivnosti. Krajnji rezultat je terapija koja je jeftinija za proizvodnju i koja traje mnogo dulje.”

Univerzalna primjena

Dok bi se nova terapija mogla koristiti za sprječavanje paralize nakon velikih trauma (automobilske nesreće, padovi, sportske nesreće i rane od vatrenog oružja), kao i neurodegenerativnih bolesti, Stupp vjeruje da se temeljno otkriće ove studije – “supramolekularno kretanje” kao ključni čimbenik povećanja bioaktivnosti i stanične signalizacije – može primijeniti i na druge terapije i ciljeve.

“Tkivo središnjeg živčanog sustava, koje smo nakon oštećenja uspješno regenerirali (u ozlijeđenoj leđnoj moždini), slično je onome u mozgu zahvaćenom inzultom i neurodegenerativnim bolestima, kao što su ALS, Parkinsonova bolest i Alzheimerova bolest”, rekao je Stupp. “Osim toga, naše temeljno otkriće o kontroli i podešavanju gibanja molekularnih sklopova za poboljšanje stanične signalizacije moglo bi se univerzalno primijeniti na biomedicinske ciljeve.”

Ovo istraživanje ujedinilo je veliki broj različitih autora te uključuje Evangelosa Kiskinisa, docenta neurologije i neuroznanosti u Feinbergu, znanstvenog tehničara Feng Chena, postdoktorske istraživače Ivana Sassellija, Alberta Ortegu i Zois Syrgiannis i još mnoge druge.