Επιστήμονες του Πανεπιστημίου Northwestern ανέπτυξαν το πιο προηγμένο έως σήμερα μοντέλο οργανοειδών νωτιαίου μυελού, με στόχο τη δοκιμή μιας καινοτόμου αναγεννητικής θεραπείας. Σύμφωνα με μελέτη που δημοσιεύθηκε στο Nature Biomedical Engineering, οι ερευνητές χρησιμοποίησαν εργαστηριακά καλλιεργημένα οργανοειδή για να αναπαραστήσουν διαφορετικές μορφές τραυματισμού του νωτιαίου μυελού και να εξετάσουν την αποτελεσματικότητα της νέας θεραπευτικής προσέγγισης.
Οι επιστήμονες απέδειξαν για πρώτη φορά, ότι τα οργανοειδή αυτά, μπορούν να μιμηθούν με ακρίβεια τις βασικές επιπτώσεις τραυματισμού, όπως ο κυτταρικός θάνατος, η φλεγμονή και η γλοιακή ουλή, μια πυκνή μάζα ουλώδους ιστού που δημιουργεί φυσικό και χημικό φράγμα για την αναγέννηση των νεύρων.
Όταν τα οργανοειδή θεραπεύτηκαν με «μόρια που χορεύουν»- μια νέα θεραπεία που είχε αναστρέψει την παράλυση και είχε επιδιορθώσει τους ιστούς σε προηγούμενη μελέτη σε ζώα-τα τραυματισμένα οργανοειδή παρουσίασαν σημαντική ανάπτυξη νευριτών, των μακρών προεκτάσεων των νευρώνων που συνδέουν τα κύτταρα μεταξύ τους. Οι ουλοποιημένοι ιστοί στα θεραπευμένα οργανοειδή επίσης μειώθηκαν σημαντικά. Τα αποτελέσματα αυτά δίνουν ελπίδα ότι η θεραπεία, που πρόσφατα απέκτησε τον χαρακτηρισμό Orphan Drug από τον FDA των ΗΠΑ, μπορεί να βελτιώσει την έκβαση για ασθενείς με τραυματισμούς σπονδυλικής στήλης.
«Ένα από τα πιο συναρπαστικά στοιχεία των οργανοειδών είναι ότι μπορούμε να τα χρησιμοποιήσουμε για να δοκιμάσουμε νέες θεραπείες σε ανθρώπινο ιστό», δήλωσε ο Σάμιουελ Σταπ, ανώτερος συγγραφέας της μελέτης και εφευρέτης της θεραπείας.
«Είναι ο μόνος τρόπος να επιτευχθεί αυτός ο στόχος χωρίς κλινική δοκιμή. Δημιουργήσαμε δύο διαφορετικά μοντέλα τραυματισμού σε ανθρώπινο οργανοειδές σπονδυλικής στήλης και εφαρμόσαμε τη θεραπεία μας για να δούμε αν τα αποτελέσματα μοιάζουν με αυτά που είδαμε προηγουμένως στα ζώα. Μετά την εφαρμογή της θεραπείας, η γλοιακή ουλή μειώθηκε σημαντικά και παρατηρήσαμε ανάπτυξη νευριτών, παρόμοια με την αναγέννηση του νευράξονα που είδαμε στα ζώα. Αυτή είναι μια επιβεβαίωση ότι η θεραπεία μας έχει πολλές πιθανότητες να λειτουργήσει και στους ανθρώπους» συνέχισε ο ερευνητής.
Οργανοειδή: Μικροσκοπικά αλλά σημαντικά
Τα οργανοειδή καλλιεργούνται στο εργαστήριο από επαγώγιμα πολυδύναμα βλαστοκύτταρα και αποτελούν μικροσκοπικές, απλοποιημένες εκδοχές ανθρώπινων οργάνων. Μιμούνται τη δομή των ιστών, την κυτταρική πολυπλοκότητα και τη λειτουργία των πραγματικών οργάνων, καθιστώντας τα ιδανικά για μοντελοποίηση ασθενειών, δοκιμή φαρμάκων και μελέτη ανάπτυξης οργάνων. Η δοκιμή θεραπειών σε οργανοειδή είναι ταχύτερη και πολύ πιο οικονομική από την εφαρμογή τους σε ζώα ή ανθρώπους.
Το μοντέλο του Σταπ αποτελεί σημαντικό άλμα στην εύρεση θεραπειών για σοβαρούς, παραλυτικούς τραυματισμούς. Με διάμετρο αρκετών χιλιοστών, τα οργανοειδή ήταν αρκετά μεγάλα και ώριμα για να αναπτύξουν τα μοντέλα τραυματισμού. Η ομάδα καλλιέργησε τα οργανοειδή για μήνες, επιτρέποντάς τους να αναπτύξουν νευρώνες και αστροκύτταρα. Ήταν επίσης η πρώτη ομάδα που εισήγαγε μικρογλοία- κύτταρα του ανοσοποιητικού στο κεντρικό νευρικό σύστημα- για να μιμηθούν φλεγμονώδεις αποκρίσεις μετά από τραυματισμό.
Τι είναι τα «μόρια που χορεύουν»;
Η θεραπεία με τα «μόρια που χορεύουν», που παρουσιάστηκε για πρώτη φορά το 2021, αξιοποιεί την κίνηση των μορίων για να αναστρέψει την παράλυση και να επιδιορθώσει τους ιστούς μετά από τραυματισμό στη σπονδυλική στήλη. Η θεραπεία αποτελεί μέρος μιας πλατφόρμας υπερμοριακών θεραπευτικών πεπτιδίων (STPs) που χρησιμοποιεί μεγάλες συναθροίσεις μορίων για να ενεργοποιήσει υποδοχείς κυττάρων χρησιμοποιώντας τα φυσικά σήματα του σώματος για αναγέννηση και επιδιόρθωση.
Εγχέεται ως υγρό, το οποίο αμέσως σχηματίζει ένα δίκτυο νανο-ινών που μιμούνται το εξωκυττάριο πλέγμα της σπονδυλικής στήλης. Ρυθμίζοντας τη συλλογική «χορευτική» κίνηση των μορίων, η θεραπεία συνδέεται πιο αποτελεσματικά με τους συνεχώς κινούμενους υποδοχείς των κυττάρων. Σε μελέτες σε ζώα, μια εφάπαξ ένεση 24 ώρες μετά από σοβαρό τραυματισμό βοήθησε τα ποντίκια να περπατήσουν μέσα σε τέσσερις εβδομάδες.
Δοκιμάζοντας τη θεραπεία
Μετά την προσομοίωση τραυματισμών, η ομάδα εξέτασε την αποτελεσματικότητα των μορίων. Όταν εφαρμόστηκε στα τραυματισμένα οργανοειδή, η υγρή θεραπεία έπηξε και σχημάτισε ένα ικρίωμα, με αποτέλεσμα να μειωθεί η φλεγμονή και η ουλοποίηση και να προωθηθεί η ανάπτυξη νευριτών και οργανωμένων νευρικών δικτύων. Η επιτυχία της θεραπείας αποδίδεται στην υπερμοριακή κίνηση των μορίων, που τους επιτρέπει να κινούνται γρήγορα ή να εκτινάσσονται προσωρινά από τις νανο-ίνες.
Η ομάδα σχεδιάζει τώρα πιο προηγμένα οργανοειδή, συμπεριλαμβανομένων μοντέλων χρόνιας γήρανσης με πιο επίμονες ουλές, και στο μέλλον ενδέχεται να χρησιμοποιήσει τα μίνι οργανοειδή στην εξατομικευμένη ιατρική, δημιουργώντας εμφυτεύσιμους ιστούς από τα βλαστοκύτταρα των ασθενών για αποφυγή ανοσολογικής απόρριψης.
Πηγή: Northwestern Medicine
