Badania nad przedłużaniem życiaLeczenie urazów kręgosłupa będzie wkrótce możliwe?

06.05.20210
Naukowcy z Uniwersytetu w Edynburgu oraz UT Southwestern i Indiana University badają, jak zwiększyć szanse pacjenta z urazem kręgosłupa, a dokładnie rdzenia kręgowego na odzyskanie sprawności. Leczenie może być już wkrótce możliwe, pod warunkiem, że zostanie poznany dokładny mechanizm zdolności regeneracyjnych u organizmów modelowych. Wyniki badań prowadzonych na rybach (danio pręgowanym) i myszach mogą już wkrótce zrewolucjonizować podejście do leczenia urazów kręgosłupa.

Za regenerację połączeń nerwowych może odpowiadać gen TGFB1

Leczenie urazów kręgosłupa

Danio pręgowane (Danio rerio) to gatunek ryb, który służy jako organizm modelowy w badaniach nad rozwojem kręgowców. Danio są fascynujące dla badaczy między innymi ze względu na niezwykłą zdolność regeneracji rdzenia kręgowego. Gdy kręgosłup rybki akwariowej zostanie uszkodzony, jej organizm aktywuje komórki glejowe, które produkują czynnik wzrostu tkanki łącznej CTGF. Proces obejmujący stan zapalny jest kontrolowany przez komórki układu odpornościowego, makrofagi. W jego rezultacie już w ciągu dwóch tygodni od urazu można zaobserwować połączenie pomiędzy uszkodzonymi końcami rdzenia kręgowego, natomiast do całkowitej regeneracji dochodzi w ciągu 8 tygodni.

Naukowcy z Uniwersytetu w Edynburgu wykorzystali nową technologię edycji genów CRISPR-Cas9, aby namierzyć geny, które odgrywają ważną rolę w regeneracji u Danio pręgowanego. Spośród 350 różnych genów udało im się wyselekcjonować 10, które gdy były zakłócone, hamowały proces regeneracji [1]. Po ich dokładnym przeanalizowaniu udało się zawęzić listę genów sterujących naprawą rdzenia kręgowego do czterech. W szczególności jeden z nich, TGFB1, wydaje się kluczowy dla naprawy zerwanych połączeń nerwów rdzeniowych.

U ludzi zerwane połączenia nerwowe rdzenia kręgowego nie regenerują się i uszkodzenie rdzenia kręgowego prowadzi do trwałego paraliżu. Tymczasem Danio pręgowane potrafi wyleczyć się z takiego urazu. Ponieważ białko CTGF u Danio jest w 90% identyczne z ludzkim białkiem CTGF, odkrycie dokładnych zasad procesu, w którym makrofagi wspomagają regenerację rdzenia kręgowego, może stanowić przełom w leczeniu urazów kręgosłupa.

Leczenie urazów kręgosłupa – istotną rolę w procesie regeneracji może odgrywać także stymulacja gleju NG2

Nad nowoczesnymi metodami leczenia urazów kręgosłupa pracują także naukowcy z UT Southwestern i Indiana University. Badacze przeprogramowali mysie komórki tworzące blizny, aby stworzyć z nich zupełnie nowe komórki nerwowe, które mogłyby przyspieszyć powrót do zdrowia po urazie rdzenia kręgowego.

Według kierownika projektu, dr Chun-Li Zhang, ludzki mózg ma pewną ograniczoną zdolność do wytwarzania nowych komórek nerwowych. Badacze postanowili odszukać komórki rdzenia kręgowego, które mogą mieć podobny potencjał regeneracyjny. Analiza mysiego modelu urazu rdzenia kręgowego pozwoliła zidentyfikować komórki nieneuronalne, a konkretnie glej NG2. Są one odpowiedzialne za tworzenie blizn glejowych po urazach, a także, po uszkodzeniu rdzenia kręgowego, przejściowo przejmują molekularne i morfologiczne markery niedojrzałych neuronów.

Naukowcy pod kierownictwem dr Chun-Li Zhang skupili się na białku komórki macierzystej indukowanym przez uszkodzenie SOX2 i zmanipulowali genetycznie glej NG2, tak, aby zdezaktywować gen, który wytwarza to białko. Po przecięciu rdzenia kręgowego myszy, u których DNA było zmanipulowane, badacze zaobserwowali mniej niedojrzałych neuronów, co sugeruje, że białko SOX2 pomaga NG2 w tworzeniu nowych neuronów [2].

Kolejnym etapem badania było zmanipulowanie genetyczne gleju NG2 tak, aby SOX2 w mysich modelach był wytwarzany nadmiernie. Po zastosowaniu tej manipulacji myszy wytworzyły dziesiątki tysięcy nowych neuronów, które zintegrowały się z uszkodzonym obszarem, tworząc nowe połączenia z istniejącymi neuronami. W porównaniu z kontrolnymi myszami osobniki ze zmanipulowanym DNA wykazywały większe zdolności motoryczne – wynika to z faktu, że nie tylko miały one nowe neurony, ale także wytwarzały mniej tkanki bliznowatej w miejscu urazu.

Jak mówi dr Zhang, naukowcy mogą wkrótce odkryć bezpieczne i skuteczne sposoby leczenia pacjentów z urazami ludzkiego rdzenia kręgowego. Kluczowa jest stymulacja gleju NG2, aby wytwarzał więcej białka SOX2 przy jednoczesnym zahamowaniu tworzenia się tkanki bliznowatej [3]. W jej wyniku organizm może zacząć tworzyć własne nowe neurony, które będą odbudowywać rdzeń kręgowy od wewnątrz.

Źródła:

  1. Keatinge M, Tsarouchas TM, Munir T, Porter NJ, Larraz J, Gianni D, Tsai HH, Becker CG, Lyons DA, Becker T. CRISPR gRNA phenotypic screening in zebrafish reveals pro-regenerative genes in spinal cord injury. PLoS Genet. 2021 Apr 29;17(4):e1009515. DOI: 10.1371/journal.pgen.1009515. PMID: 33914736.
  2. Tai W, Wu W, Wang LL, Ni H, Chen C, Yang J, Zang T, Zou Y, Xu XM, Zhang CL. In vivo reprogramming of NG2 glia enables adult neurogenesis and functional recovery following spinal cord injury. Cell Stem Cell. 2021 Feb 25:S1934-5909(21)00059-X. DOI: 10.1016/j.stem.2021.02.009. PMID: 33675690.
  3. https://www.eurekalert.org/pub_releases/2021-03/usmc-pap030221.php

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *