„Tańczące” cząsteczki naprawiły rdzeń kręgowy myszy

Po jednym zastrzyku sparaliżowane myszy – zaledwie w ciągu czterech tygodni – zaczęły chodzić. To zasługa bioaktywnych 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 terapię, która – jak tłumaczą – wykorzystuje „tańczące cząsteczki”, aby naprawiać tkankę nerwową po poważnych uszkodzeniach rdzenia kręgowego (https://www.youtube.com/watch?v=Q_xvCE904YU).

Po jednokrotnym podaniu cząsteczek sparaliżowanym myszom naukowcy zauważyli szereg 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” – podkreśla kierujący pracami prof. Samuel I. Stupp.

„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” – mówi badacz.

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-tych. „Obecnie nie ma leków uruchamiających regenerację rdzenia kręgowego” – mówi prof. Stupp.

Dodał, że chciał on “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 dla 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 nigdy dotąd 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 i 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” – podkreśla prof. Stupp.

„Do tego nasze podstawowe odkrycie odnośnie kontrolowania ruchu cząsteczkowych konglomeratów, który nasila sygnalizację dla komórek, może być zastosowane bardziej uniwersalnie, na różnych biomedycznych celach” – twierdzi specjalista.

Więcej informacji na stronach: https://www.science.org/doi/10.1126/science.abh3602 i https://news.northwestern.edu/stories/2021/11/dancing-molecules-successfully-repair-severe-spinal-cord-injuries/ (PAP)

Marek Matacz

mat/ zan/