Urazy rdzenia kręgowego należą do najpoważniejszych i najtrudniejszych do leczenia uszkodzeń w neurologii. W samej Polsce co roku odnotowuje się ponad 800 nowych przypadków urazów rdzenia kręgowego, z czego połowa to urazy odcinka szyjnego kręgosłupa (stanowią one niemal połowę wszystkich i często kończą się całkowitym paraliżem). Obecnie nie istnieje żadna zatwierdzona metoda, która w pełni odwraca skutki uszkodzeń rdzenia – w tym przerwania włókien nerwowych, utraty czucia i sprawności ruchowej. Jednak najnowsze badania naukowców z University of Minnesota Twin Cities mogą zapoczątkować przełom.
Z tego artykułu dowiesz się…
- Jak działa innowacyjne rusztowanie organoidowe drukowane w 3D i jakie ma zastosowanie w leczeniu urazów rdzenia kręgowego.
- Dlaczego komórki progenitorowe rdzenia (sNPC) są kluczowe w regeneracji uszkodzonych połączeń nerwowych.
- Jakie efekty zaobserwowano u zwierząt laboratoryjnych po przeszczepie miniaturowego rusztowania.
- Jaki potencjał ma ta metoda w przyszłości – oraz jakie wyzwania kliniczne i technologiczne należy jeszcze rozwiązać.
Rusztowanie organoidowe – nowa nadzieja dla pacjentów z urazami rdzenia
Zespół badawczy z University of Minnesota po raz pierwszy opracował i przetestował nowatorską metodę wykorzystującą druk 3D, biologię komórek macierzystych oraz hodowle tkankowe do regeneracji rdzenia kręgowego. Wyniki badań opublikowano w recenzowanym czasopiśmie Advanced Healthcare Materials.
Badacze stworzyli tzw. rusztowanie organoidowe – trójwymiarową strukturę przypominającą miniaturowy kręgosłup, w której wydrukowano mikroskopijne kanały. W kanałach tych umieszczono regionalnie specyficzne komórki progenitorowe rdzenia kręgowego (sNPCs), uzyskane z ludzkich dorosłych komórek macierzystych. Te komórki mają zdolność zarówno do intensywnego namnażania się, jak i różnicowania w konkretne typy neuronów.
Wykorzystujemy drukowane w technologii 3D kanały rusztowania do kierowania wzrostem komórek macierzystych, co zapewnia wzrost nowych włókien nerwowych w pożądany sposób – powiedział Guebum Han, pierwszy autor pracy, obecnie związany z Intel Corporation.
Doświadczenia na szczurach: regeneracja po przecięciu rdzenia
Metodę przetestowano na zwierzęcym modelu całkowitego przecięcia rdzenia kręgowego. Wyniki przerosły oczekiwania: wszczepione komórki różnicowały się w neurony i wypuszczały aksony w dwóch kierunkach – rostralnym (ku górze, w stronę głowy) i kaudalnym (ku dołowi, w stronę ogona). Co najważniejsze, nowo powstałe włókna łączyły się z istniejącymi obwodami nerwowymi u gospodarza.
Z czasem obserwowano znaczną poprawę funkcji ruchowych u zwierząt, co oznacza, że nowo wytworzona tkanka nie tylko przeżywała w organizmie, ale także aktywnie odbudowywała uszkodzoną sieć nerwową.
Ta metoda tworzy układ przekaźnikowy, który po umieszczeniu w rdzeniu kręgowym omija uszkodzony obszar – wyjaśnił Han.
Nowa era medycyny regeneracyjnej?
Medycyna regeneracyjna zapoczątkowała nową erę w badaniach nad urazami rdzenia kręgowego – oceniła Ann Parr, profesor neurochirurgii z University of Minnesota. Nasze laboratorium z entuzjazmem przygląda się przyszłemu potencjałowi naszych »miniaturowych rdzeni kręgowych« w zastosowaniach klinicznych.
Choć badania są na wczesnym etapie, ich potencjał jest znaczący. Wyzwania stojące przed zespołem obejmują m.in.:
- skalowanie produkcji rusztowań,
- utrzymanie stabilności struktur w ludzkim organizmie,
- długoterminowe bezpieczeństwo wszczepów,
- brak powstawania niekontrolowanych skupisk komórkowych lub nowotworów.
Zespół badawczy pracuje obecnie nad dalszym rozwojem technologii, a także planuje badania, które przybliżą jej zastosowanie w terapii ludzi.
Międzynarodowy zespół, prestiżowe finansowanie
W pracach badawczych uczestniczyli naukowcy z różnych dziedzin: inżynierii mechanicznej, neurochirurgii, neurologii oraz fizyki. Oprócz Guebum Hana i Ann Parr, w zespole znaleźli się m.in. Hyunjun Kim, Michael McAlpine, Nicolas S. Lavoie, Nandadevi Patil, Olivia G. Korenfeld, Manuel Esguerra oraz Daeha Joung.
Badania zostały sfinansowane przez Narodowe Instytuty Zdrowia (NIH), stanowy program grantowy Minnesoty oraz organizację Spinal Cord Society.
👉 Wyniki oraz opis badań znajdziesz pod TYM LINKIEM
Główne wnioski
- Przełomowa technologia 3D: Rusztowanie organoidowe zaprojektowane na University of Minnesota pozwala na kierowanie wzrostem komórek nerwowych i odbudowę przerwanych połączeń w rdzeniu kręgowym.
- Skuteczność w badaniach na zwierzętach: U szczurów z całkowicie przeciętym rdzeniem kręgowym zaobserwowano regenerację włókien nerwowych oraz poprawę funkcji ruchowych.
- Komórki progenitorowe sNPC: Zastosowane komórki, pozyskane z dorosłych ludzkich komórek macierzystych, skutecznie różnicowały się w dojrzałe neurony i integrowały z istniejącą tkanką.
- Nowa era medycyny regeneracyjnej: Choć badania są na wczesnym etapie, technologia ta może w przyszłości stanowić podstawę innowacyjnej terapii urazów rdzenia kręgowego.
Źródło:
- University of Minnesota
- Advanced Healthcare Materials
