在老鼠身上注射治疗逆转瘫痪

西北大学的研究人员已经开发出一种新的注射疗法,利用“舞动的分子”扭转瘫痪和严重的脊髓损伤后修复组织。

在一项新的研究中,研究人员管理一个注入脊髓周围组织瘫痪的老鼠。4周后,动物恢复行走能力。

这项研究将发表在11月12月刊上科学。

通过发送具有生物活性的信号触发细胞修复和再生,突破治疗显著改善严重受伤脊髓在五个关键方面:(1)神经元的切断了扩展,称为轴突再生;(2)疤痕组织,可以创建一个物理屏障来再生和修复,显著减少;的绝缘层(3)髓鞘轴突中重要的传输电子信号有效地改革周围细胞;(4)功能性血管形成在受伤部位细胞提供营养;(5)更多运动神经元存活。

治疗后执行其功能,材料生物降解成细胞的营养物质在12周内,然后完全消失的身体没有明显的副作用。这是第一个研究中,研究人员控制了集体运动的分子通过化学结构的变化,增加治疗的疗效。

“我们的研究目的是找到一个治疗,可以防止个人变得瘫痪后重大创伤或疾病,”西北大学的说塞缪尔。粗汞华领导这项研究。“几十年来,这个科学家仍然是一个重大的挑战,因为我们身体的中枢神经系统,包括大脑和脊髓,没有任何重大损伤后自我修复能力或发病后一种退化性疾病。我们会直接FDA开始得到这种新疗法的过程被批准用于人类患者,目前很少有治疗方案。”

粗汞华是董事会教授材料科学与工程、化学、医学和生物医学工程在西北,他是创始主任辛普森Querrey生物研究所(SQI)及其附属研究中心再生纳米中心。他任命的麦考密克工程学院,Weinberg艺术与科学学院和Feinberg医学院。

预期寿命自1980年代以来并没有改善

根据国家脊髓损伤统计中心,近300000人目前生活在美国脊髓损伤。这些患者的生活可以是非常困难的。只有不到3%的人完全损伤恢复基本生理功能。和大约30% re-hospitalized至少一次在任何给定的初始损伤后,耗资数百万美元的平均生命周期每个病人的医疗费用。脊髓损伤患者的预期寿命明显低于没有脊髓损伤的人,自1980年代以来并没有改善。

“目前,没有引发脊髓再生疗法,“粗汞华说,再生医学方面的专家。“我想改变在脊髓损伤的结果和解决这个问题,考虑到巨大的影响可能会对患者的生命。同时,新的科学应对脊髓损伤会影响神经退行性疾病和中风的策略。”

“跳舞分子”击中移动目标

粗汞华的新突破治疗背后的秘密是优化分子的运动,这样他们就可以找到并妥善进行不断移动的细胞受体。注入液体,立即治疗凝胶纳米纤维的复杂网络,模拟细胞外基质的脊髓。通过匹配矩阵的结构,模仿生物分子的运动,将信号受体,合成材料能够与细胞。

“受体神经元和其他细胞不断移动,“粗汞华说。“关键创新在我们的研究中,从来没有做过,是控制超过100000的集体运动分子在纳米纤维。通过分子的举动,“跳舞”,甚至跳跃暂时这些结构,称为超分子聚合物,它们能够与受体连接更有效。”

粗汞华和他的团队发现,微调纳米纤维网络内的分子的运动使他们更敏捷导致更大的治疗效果在瘫痪的老鼠。他们也证实,配方的治疗与增强的分子运动与人类细胞在体外实验中表现更好,表明增加生物活性和细胞信号。

“鉴于细胞自身及其受体在不断地运动,你可以想象,分子移动更迅速更经常遇到这些受体,“粗汞华说。“如果分子缓慢而不是“社会”,他们可能永远不会接触到细胞。”

一个注入,两个信号

一旦连接到受体,分子移动触发两个级联信号,两者都是脊髓修复的关键。一个信号提示脊髓神经元的长尾,称为轴突再生。类似于电缆、轴突之间的发送信号的大脑和身体的其他部位。切断或损坏轴突会导致失去身体的感觉,甚至瘫痪。修复轴突,另一方面,增加身体和大脑之间的通信。

第二个信号有助于损伤后神经元存活,因为它会导致其他类型的细胞增殖,促进了血管的再生饲料神经元和组织修复的关键细胞。治疗也引起重建在轴突和髓鞘减少胶质瘢痕,作为物理屏障,阻止脊髓愈合。

“信号用于研究模拟所需的天然蛋白质诱导所需的生物反应。然而,蛋白半衰期极短,昂贵的生产,“沙滩阿尔瓦雷斯说,这项研究的第一作者和前粗汞华实验室的研究助理教授。“我们的合成信号短,修改后的肽,当成千上万的结合在一起时,将生存数周交付生物活性。最终的结果是一个治疗,以更低的成本生产和持续更长的时间。”

通用应用程序

而新疗法可以用于防止重大创伤后瘫痪事故(交通事故、瀑布、体育和枪伤)以及疾病,粗汞华认为底层发现——“超分子运动”是一个关键因素在生物活性,可应用于其他治疗方法和目标。

“中枢神经系统组织我们已经成功再生脊髓受伤的大脑受到类似中风和神经退行性疾病,如肌萎缩性侧索硬化症、帕金森症和阿尔茨海默病,“粗汞华说。“除此之外,我们的基本发现控制分子组件来增强细胞的运动信号可能是普遍广泛应用于生物医学的目标。”

参考:阿尔瓦雷斯Z, Kolberg-Edelbrock Sasselli IR, et al。生物活性支架与增强超分子运动促进脊髓损伤的恢复。科学。2021,374 (6569):848 - 856。doi:10.1126 / science.abh3602

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