Mokslininkai žengė svarbų žingsnį link efektyvesnio stuburo smegenų pažeidimų, sukeliančių paralyžių, gydymo.
Šiaurės Vakarų universiteto tyrėjai laboratorijoje išaugino mažyčius žmogaus stuburo smegenų darinius, vadinamus organoidais. Vėliau jie sąmoningai pažeidė šiuos audinius ir pritaikė naują terapiją, kuri padėjo pažeistai stuburo smegenų struktūrai atsinaujinti ir atsistatyti.
„Nusprendėme sukurti du skirtingus pažeidimo modelius žmogaus stuburo smegenų organoide ir išbandyti mūsų terapiją, kad įvertintume, ar rezultatai bus panašūs į tuos, kuriuos anksčiau matėme gyvūnų modeliuose“, – pasakoja biomedicinos inžinierius Samuelis Stuppas.
„Pritaikę terapiją, matėme, kad glialinė randė praktiškai išnyko – ją buvo sunku aptikti – o per audinį pradėjo augti neuritai. Tai priminė aksonų (nervinių skaidulų) atsinaujinimą, kurį buvome stebėję gyvūnams. Tai patvirtina, kad mūsų terapija turi didelę tikimybę veikti ir žmonėms“, – teigia jis.
Stuburo smegenų pažeidimai dažnai baigiasi paralyžiumi, nes centrinės nervų sistemos nervinės ląstelės prastai atsinaujina. Tai iš dalies lemia mechanizmai, slopinantys naujų aksonų augimą, ir glialinių randų susidarymas: tokie randai tampa tiek fizine, tiek biochemine kliūtimi, trukdančia nervinėms skaiduloms ataugti.
Ankstesniuose tyrimuose Stuppo komanda sukūrė medžiagą IKVAV‑PA, kuri leido atkurti judrumą pelių modeliams, turintiems stipriai pažeistas stuburo smegenis. Šios terapijos pagrindas – viršmolekuliniai terapiniai peptidai, praminti „šokančiomis molekulėmis“. Jos geba suderinti savo judėjimą su ląstelių receptorių dinamika ir taip paskatina aksonų ataugimą.
„Kadangi pačios ląstelės ir jų receptoriai nuolat juda, galima įsivaizduoti, jog greičiau judančios molekulės su šiais receptoriais susiduria daug dažniau“, – dar 2021 m. aiškino Stuppas. „Jei molekulės vangios ir ne tokios „socialios“, jos gali taip ir nepriartėti prie ląstelių.“
Pelių modeliai yra itin svarbūs ankstyvose tyrimų stadijose, tačiau tai – tik pirmasis žingsnis. Nors šie gyvūnai suteikia patogią laboratorinę sistemą galimam gydymui įvertinti, natūralus kitas etapas – terapijos bandymai žmogaus audiniuose. Tam nereikia rizikuoti gyvų žmonių sveikata, nes galima naudoti iš kamieninių ląstelių išaugintus audinių darinius.
„Viena įdomiausių organoidų savybių yra ta, kad galime juos naudoti naujoms terapijoms išbandyti tiesiogiai žmogaus audiniuose“, – sako Stuppas. „Jei nekalbame apie klinikinį tyrimą, tai iš esmės vienintelis būdas pasiekti tokį tikslą.“
Tyrėjai taip ir padarė. Pasitelkę iš suaugusio donoro gautas suindukuotas pliuripotentines kamienines ląsteles, jie išaugino maždaug 3 milimetrų skersmens stuburo smegenų organoidus ir kelis mėnesius juos brandino. Per šį laiką organoiduose susiformavo dauguma žmogaus stuburo smegenims būdingų ląstelių tipų ir struktūrų: neuronai, astrocitai, taip pat organizuotos audinių sluoksnių struktūros.
Kai organoidai pakankamai subrendo, dalis jų buvo perpjauta skalpeliu, o kitiems sukelta gniuždymo trauma, panaši į tą, kuri gali atsirasti, pavyzdžiui, per automobilio avariją. Abu šie pažeidimų tipai realiame gyvenime gali baigtis paralyžiumi.
Visais atvejais organoiduose iš karto prasidėjo intensyvi nervinių ląstelių žūtis, susiformavo glialiniai randai, būdingi centrinės nervų sistemos pažeidimams, bei pasireiškė uždegiminė reakcija. Tai labai panašu į tai, kas stebima esant tikriems stuburo smegenų sužalojimams.
„Galėjome aiškiai atskirti astrocitus, priklausančius normaliam audiniui, nuo tų, kurie sudaro glialinį randą – pastarieji buvo dideli ir labai tankiai susigrūdę“, – aiškina Stuppas. „Taip pat aptikome chondroitino sulfato proteoglikanų gamybą – tai nervų sistemos molekulės, reaguojančios į pažeidimus ir ligas.“
Kitame eksperimento etape dalis pažeistų organoidų buvo apdorota IKVAV‑PA tirpalu, o kontrolinė grupė gavo medžiagą be „šokančių molekulių“. Organoidams, gavusiems tikrąjį gydymą, tirpalas iš karto suformavo gelio pavidalo atraminį „karkasą“, o aktyvios molekulės chemiškai ir fiziškai skatino nervinių ląstelių ataugimą.
Skirtumai buvo akivaizdūs. Gydytuose organoiduose uždegimas ir randėjimas buvo gerokai mažesni nei kontrolinėje grupėje, o nervinių ląstelių atsinaujinimas – žymiai intensyvesnis.
Nors iki klinikinių bandymų su žmonėmis dar gali praeiti ne vieneri metai, nuoseklūs ir tarpusavyje labai panašūs rezultatai tiek pelių, tiek žmogaus audinių modeliuose teikia daug vilčių kuriant ateities terapijas stuburo smegenų pažeidimams gydyti.
