Czy paraliż przestanie być wyrokiem? „Tańczące cząsteczki” odbudowują rdzeń kręgowy

Urazy rdzenia kręgowego należą do najbardziej wyniszczających uszkodzeń układu nerwowego, prowadząc często do trwałego paraliżu i utraty czucia. Dotychczasowe metody leczenia koncentrowały się głównie na stabilizacji stanu pacjenta i rehabilitacji, ponieważ zdolność regeneracji neuronów w ośrodkowym układzie nerwowym jest bardzo ograniczona. Najnowsze badania zespołu z Northwestern University pokazują jednak, że innowacyjna terapia oparta na tzw. „tańczących cząsteczkach” może realnie wspierać odbudowę uszkodzonej tkanki nerwowej – co po raz pierwszy potwierdzono w zaawansowanym modelu ludzkiego organoidu rdzenia kręgowego.

Z tego artykułu dowiesz się…

Na czym polega terapia „tańczących cząsteczek” i dlaczego ruch supramolekularny ma kluczowe znaczenie dla regeneracji neuronów.
Jak powstał najbardziej zaawansowany organoid ludzkiego rdzenia kręgowego i dlaczego włączenie mikrogleju było przełomem w modelowaniu urazu.
Jakie efekty uzyskano po zastosowaniu terapii – w tym redukcję blizny glejowej i wzrost neurytów.
Dlaczego wyniki opublikowane w „Nature Biomedical Engineering” mogą przybliżyć leczenie paraliżu u ludzi.

Przełom w modelowaniu urazu rdzenia kręgowego

Urazy rdzenia kręgowego należą do najbardziej wyniszczających uszkodzeń w medycynie. Co roku na świecie dochodzi do 250–500 tysięcy takich przypadków, a obecne metody leczenia pozwalają głównie na częściową poprawę funkcji, najczęściej dzięki długotrwałej rehabilitacji. Tymczasem zespół naukowców z Northwestern University zaprezentował wyniki badań, które mogą zmienić paradygmat terapii paraliżu.

W pracy opublikowanej 11 lutego w czasopiśmie Nature Biomedical Engineering badacze opisali najbardziej zaawansowany jak dotąd model organoidu ludzkiego rdzenia kręgowego oraz skuteczność nowatorskiej terapii określanej jako „tańczące cząsteczki”.

Organoid rdzenia kręgowego – miniaturowy, ale funkcjonalny

Organoidy to trójwymiarowe, uproszczone modele narządów hodowane z indukowanych pluripotentnych komórek macierzystych. W przeciwieństwie do klasycznych kultur komórkowych, odzwierciedlają one strukturę tkankową i złożoność biologiczną prawdziwego narządu.

Zespół kierowany przez prof. Samuela I. Stuppa stworzył organoid o średnicy kilku milimetrów, zawierający neurony, astrocyty oraz – po raz pierwszy w takim modelu – mikroglej, czyli komórki odpornościowe ośrodkowego układu nerwowego. Dzięki temu model mógł realistycznie odtworzyć reakcję zapalną i proces formowania się blizny glejowej (ang. glial scar) po urazie.

To rodzaj pseudonarządu – powiedział Stupp. Jako pierwsi wprowadziliśmy mikroglej do organoidu ludzkiego rdzenia kręgowego, więc to było ogromne osiągnięcie. Oznacza to, że nasz organoid zawiera wszystkie substancje chemiczne, które układ odpornościowy wytwarza w odpowiedzi na uraz. To czyni go bardziej realistycznym i dokładnym modelem urazu rdzenia kręgowego.

Symulacja urazu: rana cięta i uraz stłuczeniowy

Aby odwzorować rzeczywiste scenariusze kliniczne, badacze wywołali dwa typy uszkodzeń: nacięcie skalpelem oraz uraz kompresyjny. W obu przypadkach zaobserwowano martwicę komórek, stan zapalny i powstanie blizny glejowej – struktury, która w warunkach klinicznych stanowi barierę dla regeneracji aksonów.

Model ten umożliwił po raz pierwszy precyzyjną ocenę skuteczności terapii regeneracyjnej w ludzkiej tkance, bez konieczności natychmiastowego przechodzenia do badań klinicznych.

Czym są „tańczące cząsteczki”?

Opracowana wcześniej przez zespół Stuppa terapia opiera się na supramolekularnych peptydach terapeutycznych (STP). Po wstrzyknięciu w postaci płynu cząsteczki samoczynnie organizują się w sieć nanowłókien, tworząc strukturę przypominającą macierz zewnątrzkomórkową.

Kluczowym elementem jest ich ruch – cząsteczki są w stanie dynamicznie przemieszczać się i „wyskakiwać” z nanowłókien, co zwiększa prawdopodobieństwo interakcji z receptorami komórkowymi. Jak wyjaśniał Stupp:

Biorąc pod uwagę, że same komórki i ich receptory są w ciągłym ruchu, można sobie wyobrazić, że cząsteczki poruszające się szybciej częściej napotykałyby te receptory. Jeśli cząsteczki są powolne i mniej „społeczne”, mogą nigdy nie wejść w kontakt z komórkami.

W modelach zwierzęcych jednorazowa iniekcja podana 24 godziny po ciężkim urazie pozwoliła myszom odzyskać zdolność chodzenia w ciągu czterech tygodni.

Regeneracja w organoidzie: blizna znika, neurony odrastają

Po zastosowaniu terapii w uszkodzonych organoidach zaobserwowano wyraźne zmniejszenie blizny glejowej oraz intensywny wzrost neurytów – długich wypustek neuronów odpowiedzialnych za komunikację między komórkami.

Po zastosowaniu naszej terapii blizna glejowa znacznie zbladła, stając się ledwo zauważalna, a my zaobserwowaliśmy wzrost neurytów, przypominający regenerację aksonów, którą obserwowaliśmy u zwierząt. To potwierdzenie, że nasza terapia ma duże szanse na skuteczność u ludzi.

Co istotne, efekt ten nie występował przy zastosowaniu cząsteczek o ograniczonym ruchu molekularnym. Różnica była jednoznaczna, co potwierdza, że supramolekularna dynamika stanowi klucz do bioaktywności terapii.

Znaczenie dla medycyny regeneracyjnej i terapii spersonalizowanej

Badacze podkreślają, że organoidy stanowią nie tylko model badawczy, lecz także narzędzie przyszłej medycyny. Umożliwiają szybsze, tańsze i bardziej precyzyjne testowanie terapii niż modele zwierzęce.

W planach zespołu jest opracowanie jeszcze bardziej złożonych organoidów, zawierających naczynia krwionośne oraz odwzorowujących przewlekłe, wieloletnie urazy. W dalszej perspektywie możliwe będzie tworzenie wszczepialnych struktur z wykorzystaniem komórek macierzystych pacjenta, co ograniczyłoby ryzyko odrzutu immunologicznego.

Terapia „tańczących cząsteczek” uzyskała już oznaczenie leku sierocego od FDA, co wskazuje na jej potencjał kliniczny.