Vytvára nové krvné cievy, podporuje regeneráciu nervov a obnovuje pohyb. Zdá sa, že táto liečba pôsobí čiastočne tým, že zapája vlastné imunitné bunky organizmu vrátane neutrofilov, ktoré sa za správnych podmienok môžu zmeniť z poškodzujúcich na prospešné.
Závažné cievne mozgové príhody môžu zničiť značné množstvo tkaniva. Zdroj: iStock/peakSTOCK
Výskumníci z Dukovej univerzity v Durhame v Severnej Karolíne v USA vyvinuli injekčný biomateriál, ktorý by mohol pomôcť mozgu zotaviť sa z poškodenia spôsobeného ischemickou cievnou mozgovou príhodou. V experimentoch na myšiach tento materiál premenil dutinu vzniknutú v dôsledku straty mozgového tkaniva na prostredie priaznivejšie pre hojenie.
Táto liečba aktivovala vlastné imunitné bunky organizmu, podporila tvorbu nových krvných ciev, prispela k zmenám v nervovom tkanive a zlepšila motorické funkcie zvierat.
Vedci sa snažili obnoviť mozgové tkanivo
Každý rok postihujú ischemické mozgové príhody milióny ľudí. K týmto príhodám dochádza, keď krvná zrazenina zablokuje prietok krvi do časti mozgu.
Núdzové liečebné postupy, ako sú lieky na rozpúšťanie zrazenín a zákroky, pri ktorých sa zrazenina fyzicky odstráni, môžu obnoviť krvný obeh a pomôcť zachrániť mozgové tkanivo, ktoré je ešte životaschopné. Ak však mozgové tkanivo odumrie, obnovenie krvného obehu nedokáže nahradiť to, čo už bolo stratené.
Závažné cievne mozgové príhody môžu zničiť značné množstvo tkaniva, pričom na mieste, kde kedysi existovalo zdravé mozgové tkanivo, zostane dutina. Po tom, ako lekári odstránia zrazeninu, závisí zotavenie do veľkej miery od rehabilitácie. Rehabilitácia môže pomôcť prežívajúcim mozgovým obvodom prispôsobiť sa, ale priamo neobnoví poškodenú oblasť.
„Keď už mozgové tkanivo odumrelo, obnovenie prietoku krvi nestačí,“ uviedla Tatiana Segurová, vyznamenaná profesorka biomedicínskeho inžinierstva na Dukovej univerzite. „Naším cieľom je upraviť poškodený priestor tak, aby mohli imunitné, cievne a neurónové regeneračné procesy začať spolupracovať.“
Nosná štruktúra pomáha regenerovať mozog
Tatiana Segurová a jej tím sa snažili vytvoriť prostredie vnútri dutiny po mozgovej príhode, ktoré by mohlo podporovať viacero typov regenerácie naraz.
Použili MAPS, teda mikroporézne nosné štruktúry zo žíhaných častíc. Tieto nosné štruktúry sa skladajú z jednotlivých mikročastíc hydrogélu, ktoré sa zoskupujú do poréznej štruktúry. Otvorené priestory poskytujú bunkám kostru, do ktorej môžu vstúpiť a ktorú môžu využívať pri obnove neurónového tkaniva.
Na základe predchádzajúcich úspechov s týmto biomateriálom chceli výskumníci zistiť, či by mohli využiť aj imunitný systém organizmu na usmerňovanie a posilňovanie procesu regenerácie.
V rámci tejto časti stratégie sa zamerali na astrocyty. Tieto hviezdicovité bunky zohrávajú dôležitú úlohu v normálnej funkcii mozgu a rýchlo reagujú v prípade poškodenia mozgu.
Astrocyty komunikujú s okolitými bunkami čiastočne uvoľňovaním extracelulárnych vezikúl (EV). Tieto mimoriadne malé štruktúry obsahujú proteíny, lipidy a genetický materiál, ktoré môžu ovplyvňovať správanie iných buniek.
Udržiavanie signálov na opravu
Výskumníci získali EV z astrocytov vypestovaných v laboratóriu a testovali ich s rôznymi signálnymi molekulami určenými na prilákanie imunitných buniek, podporu opravy krvných ciev a zlepšenie funkcie.
Namiesto toho, aby vedci jednoducho injekčne vpichli EV do poškodenej oblasti, chemicky ich pripevnili na povrch mikročastíc hydrogélu. Týmto spôsobom sa signály udržali sústredené v rámci nosnej štruktúry, čo prichádzajúcim bunkám poskytlo lepšiu príležitosť na stretnutie s nimi.
„Nezavádzame do mozgu len nejaký materiál,“ povedala Tatiana Segurová. „Vytvárame lokálne prostredie, ktoré dokáže koordinovať viaceré zložky opravnej reakcie.“
Jedna kombinácia signálov vynikla, konkrétne IL-4 a C1q boli obzvlášť účinné pri priťahovaní potenciálne prospešných imunitných buniek do poškodenej oblasti. Medzi tieto bunky patrili makrofágy, ako aj prekvapivo vytrvalá populácia neutrofilov.
Neočakávaná úloha neutrofilov
Neutrofily sa často spájajú so zápalom a s poškodením tkanív v počiatočných fázach cievnej mozgovej príhody. Nové výsledky naznačujú, že ich úloha môže byť zložitejšia. V neskoršej fáze po poškodení a za prítomnosti správnych signálov a vhodného prostredia môžu neutrofily, naopak, pomáhať pri regenerácii tkanív.
Výskumníci overili ich dôležitosť znížením populácie imunitných buniek bohatých na neutrofily. Keď tak urobili, tvorba krvných ciev sa podstatne znížila a došlo k menšej prestavbe tkanivovej kostry.
Výsledok naznačil, že tieto imunitné bunky zohrávajú dôležitú úlohu v hojivom procese. „Tento výsledok mení náš pohľad na neutrofily po mozgovej príhode,“ povedal Šang-ťing Sin, vedúci vedec štúdie a postdoktorand v laboratóriu Tatiany Segurovej. „Zdá sa, že ich úloha závisí od toho, kedy dorazia, kde sa nachádzajú a aké signály prijímajú zo svojho okolia. Naša štúdia demonštruje potenciálnu inžiniersku stratégiu na nábor a udržanie týchto buniek v správnom čase.“
Tvorba nových krvných ciev a rast nervových vlákien
Keď imunitné bunky prenikli do ošetrenej oblasti, v celej dutine po cievnej príhode sa vytvorili aj nové krvné cievy. Výskumníci objavili väčší počet axónových vlákien tak vnútri, ako aj v okolí poškodenej oblasti. Axóny sú kľúčové štruktúry, ktoré umožňujú mozgovým bunkám prenášať signály.
Tieto biologické zmeny sprevádzalo zlepšenie pohybových schopností. Myši liečené optimalizovaným nosným materiálom dosiahli lepšie výsledky v teste chôdze po mriežke, ktorý bol navrhnutý na meranie chýb pri umiestňovaní predných končatín. Po ôsmich týždňoch sa ich výkonnosť štatisticky nelíšila od výkonnosti zdravých kontrolných myší. Toto zlepšenie pretrvávalo aj počas zvyšku štúdie.
Výskumníci tiež testovali, či by extracelulárne vezikuly mohli vyvolať podobné účinky bez nosného materiálu z biomateriálu. To sa im však nepodarilo.
EV nedokázali vyvolať porovnateľnú opravu krvných ciev. Toto zistenie naznačuje, že biomateriál robil viac než len transport terapeutických signálov do mozgu.
Jeho porézna štruktúra v kombinácii so schopnosťou udržať signály EV koncentrované v poškodenej oblasti sa zdala byť kľúčová pre opravnú reakciu.
Liečba v počiatočnom štádiu
Napriek sľubným výsledkom sa tento prístup nachádza stále v predklinickej fáze. Doposiaľ vedci testovali liečbu na myšacích modeloch tak, že látku injekčne podávali priamo do poškodenej oblasti mozgu.
Bude potrebný ďalší výskum, ktorý posúdi bezpečnosť a preverí, ako rôzne populácie imunitných buniek ovplyvňujú zotavenie. Rovnako je potrebné určiť, či liečba funguje aj na väčších modeloch, ktoré sa viac podobajú ľudskej mozgovej príhode. Vedci v súčasnosti získavajú EV aj z primárnych astrocytov potkanov.
Ďalej chcú odborníci preskúmať astrocyty odvodené z ľudských indukovaných pluripotentných kmeňových buniek. Takéto bunky by mohli predstavovať škálovateľnejší a klinicky relevantnejší zdroj a zároveň poskytnúť výskumníkom väčšiu kontrolu nad signálmi obsiahnutými vnútri EV.
„Ekosystém neobnovíte len tým, že obmedzíte počiatočné poškodenie,“ povedala Tatiana Segurová. „Musíte vytvoriť podmienky, ktoré umožnia návrat života. Takto uvažujeme o dutine po mozgovej príhode. Cieľom tohto materiálu nie je reprodukovať samotný mozog, ale vytvoriť prostredie, do ktorého môžu vstúpiť vlastné bunky organizmu, komunikovať a podieľať sa na obnove vaskularizovaného tkaniva.“
Zdroj: Science Daily
(RR)
