‘Moléculas Dançantes’ reparam com Sucesso Lesões Extremas da Medula Espinhal

Os cientistas da Northwestern University desenvolveram um novo tratamento injetável que aproveita “moléculas dançantes” para reverter a paralisia e corrigir as células após lesões graves na coluna.

Num novo estudo de pesquisa, os cientistas realizaram um disparo solitário em tecidos ao redor da medula espinhal de ratos paralisados ​​de computador. Apenas quatro semanas depois, os animais recuperaram a capacidade de caminhar.

O estudo de pesquisa será lançado na edição de 12 de novembro da revista Science.

Ao enviar sinais bioativos para ativar as células para reparar e também regenerar, o tratamento avançado aumentou significativamente as espinhas gravemente feridas em cinco meios cruciais:

(1) As expansões cortadas das células nervosas, chamadas axónios, restauradas;

(2) tecido cicatricial, que pode produzir um obstáculo físico ao crescimento e fixação, consideravelmente reduzido;

(3) a mielina, a camada isolante de axónios necessária para enviar sinais elétricos com sucesso, mudou em torno das células;

(4) capilar prático criado para fornecer nutrientes às células no local da lesão; e também

(5) muito mais células nervosas do motor elétrico resistiram.

Após as funções de tratamento, os produtos se biodegradam em nutrientes para as células em 12 semanas e depois desaparecem totalmente do corpo sem efeitos colaterais reconhecíveis. Este é o estudo de pesquisa inicial onde os pesquisadores geriam o movimento coletivo das partículas através de mudanças na estrutura química para aumentar a eficiência de uma terapêutica.

“ O nosso estudo de pesquisa visa encontrar uma terapia que pode evitar que os indivíduos fiquem paralisados ​​após uma lesão ou doença significativa”, disse Samuel I. Stupp da Northwestern, que liderou o estudo. “Durante décadas, isso permaneceu um obstáculo significativo para os cientistas, visto que o sistema nervoso central do nosso corpo, que inclui o cérebro e também a medula espinhal, não tem nenhuma capacidade significativa de se reparar após uma lesão ou após o início de uma doença degenerativa. Vamos direto para o FDA para iniciar o procedimento de autorização deste novo tratamento para uso em indivíduos humanos, que atualmente têm realmente poucas opções de tratamento”.

Stupp é Professor do Conselho de Curadores de Pesquisa Científica de Materiais, bem como Engenharia, Química, Medicina e Engenharia Biomédica na Northwestern, onde é o supervisor fundador do Simpson Querrey Institute for BioNanotechnology (SQI), bem como o seu centro de pesquisa associado, a Facilidade para Nanomedicina Regenerativa. Ele visitou o McCormick College of Engineering, a Weinberg University of Arts and Sciences e a Feinberg School of Medication.

A expectativa de vida não melhorou, visto que a década de 1980

Segundo o National Spine Injury Statistical Facility, quase 300.000 pessoas lidam atualmente com uma lesão na coluna nos Estados Unidos. A vida dessas pessoas pode ser insensível. Menos de 3% das pessoas com lesão total alguma vez recuperam as funções físicas padrão. E cerca de 30% são re-hospitalizados pelo menos uma vez durante qualquer ano fornecido após a lesão inicial, custando incontáveis ​​dólares em preços típicos de cuidados de saúde vitalícios por paciente. A expectativa de vida de indivíduos com lesões na medula espinhal é dramaticamente menor do que em indivíduos sem lesões na medula espinhal e não melhorou considerando a década de 1980.

“Atualmente, não existem terapias que ativem a regeneração da coluna vertebral”, afirmou Stupp, profissional de medicação regenerativa. “Eu queria fazer uma distinção sobre as consequências da lesão da medula espinhal e abordar essa questão, dada a notável influência que ela pode exercer na vida das pessoas. Além disso, a nova ciência para lidar com a lesão da medula espinhal pode afetar estratégias para doenças neurodegenerativas e também derrame. ”

‘Moléculas dançantes’ atingem alvos de realocação

O truque por trás do novo desenvolvimento restaurador de Stupp é ajustar o movimento das moléculas para encontrar e envolver efetivamente os recetores móveis em constante mudança. Infundido como um líquido, a terapia imediatamente se transforma numa complicada rede de nanofibras que imita a matriz extracelular da medula espinhal. Ao combinar a estrutura da matriz, imitando a atividade das moléculas orgânicas e incluindo sinais para recetores, os materiais artificiais podem se comunicar com as células.

“Recetores nos neurónios, assim como em várias outras células, movem-se com frequência”, afirmou Stupp. “A inovação vital na nossa pesquisa, que nunca foi feita antes, é regular o movimento cumulativo de mais de 100.000 moléculas dentro das nossas nanofibras. Ao fazer as partículas se moverem, ‘dançando’ ou até mesmo saltando temporariamente para fora dessas estruturas, chamadas polímeros supramoleculares, elas podem se conectar de forma mais eficaz com os recetores”.

Stupp e a sua equipa descobriram que o ajuste fino do movimento das moléculas na rede de nanofibras para torná-las mais ágeis resultou em melhor eficácia terapêutica em ratos de computador paralisados. Eles também validaram que as formulações do seu tratamento com atividade molecular aprimorada executaram muito melhor em testes de inseminação artificial com células humanas, sugerindo bioatividade aumentada e sinalização móvel.

“Considerando que as próprias células e os seus recetores permanecem em movimento contínuo, você pode visualizar que as partículas que se movem mais rapidamente encontrariam esses recetores com mais frequência”, disse Stupp. “Se as moléculas são lentas, bem como não tão ‘sociais’, elas podem nunca entrar em contacto com as células.”

Uma injeção, dois sinais

Quando ligadas aos recetores, as partículas em movimento disparam dois sinais de mergulho, ambos vitais para a fixação da medula espinhal. Um sinal motiva as longas caudas das células nervosas da coluna, chamadas axónios, a se regenerarem. Semelhante aos fios elétricos, os axónios enviam sinais entre o cérebro, etc. do corpo. Cortar ou danificar axónios pode causar perda de sensibilidade no corpo, ou até paralisia. A fixação de axónios, por outro lado, aumenta a interação entre o corpo e o cérebro.

O segundo sinal ajuda as células nervosas a sobreviverem após a lesão, pois ativa o aumento de outros tipos de células, promovendo o recrescimento de vasos sanguíneos perdidos que alimentam os neurónios e células importantes para o serviço de reparo das células. A terapia também gera mielina para reconstruir ao redor dos axônios e reduz a cicatriz glial, que funciona como uma barreira física impedindo a recuperação da coluna vertebral.

Os sinais usados ​​na pesquisa imitam as proteínas totalmente naturais e saudáveis ​​necessárias para causar as ações biológicas preferidas. No entanto, as proteínas saudáveis ​​têm meias-vidas incrivelmente curtas e também são caras de produzir, afirmou Zaida Álvarez, a primeira redatora do estudo de pesquisa e também professora assistente de pesquisa anterior no laboratório de Stupp.“ Os nossos sinais artificiais são peptídeos curtos e modificados que – quando ligados aos milhares — certamente durarão semanas para fornecer bioatividade. O resultado final é um tratamento mais barato de gerar e dura muito mais tempo”.

Aplicação universal

Embora o novo tratamento possa ser utilizado para prevenir paralisia após um grande trauma (colisões de veículos, quedas, acidentes de atividades desportivas e também ferimentos por arma de fogo), bem como de doenças, Stupp acredita que a exploração subjacente — que o “movimento supramolecular” é crucial fator de bioatividade — pode estar relacionado a outros tratamentos, bem como a alvos.

“As células dos nervos centrais que efetivamente crescemos novamente na coluna dolorida se assemelham as do cérebro influenciadas por derrames e doenças neurodegenerativas, como ELA, doença de Parkinson e também a doença de Alzheimer”, disse Stupp. “Além disso, a nossa exploração básica relativa ao controle do movimento de montagens moleculares para impulsionar a sinalização celular pode ser usada geralmente em alvos biomédicos.”

Outros autores de pesquisas da Northwestern incluem Evangelos Kiskinis, professor assistente de neurologia e neurociência em Feinberg; Feng Chen, técnico de serviço de estudo de pesquisa; pesquisadores de pós-doutorado Ivan Sasselli, Alberto Ortega e Zois Syrgiannis; bem como alunos de pós-graduação Alexandra Kolberg-Edelbrock, Ruomeng Qiu e Stacey Chin. Peter Mirau dos Laboratórios de Estudos de Pesquisa da Força Aérea e Steven Weigand do Laboratório de Pesquisa Nacional de Argonne também são co-autores.

O estudo foi patrocinado pela Louis A. Simpson e Kimberly K. Querrey Facility for Regenerative Nanomedicine no Simpson Querrey Institute for BioNanotechnology, o Air Force Research Laboratory (número de honra FA8650-15-2-5518), National Institute of Neurological Conditions, e também Stroke, bem como o National Institute on Aging (números de prémio R01NS104219, R21NS107761 e R21NS107761-01A1), a Les Turner ALS Foundation, a New York Stem Cell Structure, a Paralyzed Veterans of America Research Study Foundation (número de honra PVA17RF0008), a National Science Foundation e também a French Muscle Dystrophy Organization.

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