Gli scienziati usano le cellule staminali embrionali per svegliare la riparazione latente del nervo di motore

In una visualizzazione drammatica delle cellule staminali potenziali per la guarigione, un gruppo degli scienziati di Johns Hopkins riferisce che hanno costruito i nuovi, circuiti completati e dilavori del motoneurone - neuroni che allungano dal midollo spinale per mirare ai muscoli - in animali adulti paralizzati.

La ricerca, in cui le cellule staminali embrionali del mouse (ES) sono state iniettate nei ratti di cui virus-hanno danneggiato la malattia di modello del nervo dei midolli spinali, indica che tali celle possono essere incitate per ritracciare le vie complesse di lungo dello sviluppo del nervo chiuse in mammiferi adulti, i ricercatori dice.

“Questa è prova del principio che possiamo riprendere che cosa accade nelle fasi iniziali di sviluppo del motoneurone ed uso che della riparazione danneggiamento i sistemi nervosi,„ dice Douglas Kerr, M.D., il Ph.D., un neurologo che piombo il gruppo di Hopkins.

“È un avanzamento notevole che può aiutarci a capire come le cellule staminali possono cominciare a compiere la loro grande promessa,„ dice Elias A. Zerhouni, Direttore degli istituti della sanità nazionali. “Dimostrare il ripristino della funzione è un passo avanti importante, sebbene ancora abbiamo una grande distanza da andare.„

I ricercatori hanno creato che importi ad una ricetta del libro di cucina per riparare la funzione di nervo persa, Kerr spiega. L'approccio potrebbe danno della riparazione giorna da tali malattie come il ALS (Lou Gehrig's Disease), la sclerosi a placche o le mieliti trasverse o dalla lesione traumatica del midollo spinale, i ricercatori dicono. “Con i piccoli adeguamenti ha impostato alle differenze negli obiettivi del sistema nervoso,„ Kerr dice, “l'approccio può anche applicarsi ai pazienti con la malattia di Huntington o di Parkinson.„

In un rapporto sullo studio, essere rilasciato il 26 giugno online negli annali di neurologia, il gruppo di Hopkins dice che 11 dei 15 ratti trattati hanno guadagnato significativo, sebbene parziale, ripristino dalla paralisi dopo i motoneuroni perdenti ad un'infezione aggressiva con il virus di Sindbis -- uno che, in roditori, specificamente mira ai motoneuroni e li uccide. Gli animali hanno recuperato abbastanza forza muscolare per sopportare il peso ed il punto con il cosciotto posteriore precedentemente paralizzato.

Kerr paragona l'approccio alla riparazione elettrica. “La paralisi è come accendere un interruttore della luce e l'indicatore luminoso non accende. La connettività è incasinata ma non conoscete dove. Abbiamo chiesto alle cellule staminali di andare dove necessario fissare il circuito.„

Per un breve periodo dopo che un nervo muore, lascia che cosa è essenzialmente uno shell vuoto, con certo rimanere delle sostanze del non nervo e dell'armatura. Ma con le iniezioni di es al momento giusto ed al posto ed aggiungendo le indicazioni di destra, abbiamo imparato riparare “la memoria„ biologica per i neuroni crescenti, che è chiaramente ancora sul posto,„ lui abbiamo aggiunto.

L'assistenza tecnica del circuito del motore combina le scoperte recenti su differenziazione di cellula staminale, su una comprensione crescente dello sviluppo iniziale del sistema nervoso e sulle comprensioni in comportamento del sistema nervoso nella lesione traumatica, note di Kerr.

“Come adulti, le nostre celle più non rispondono alle indicazioni inerenti allo sviluppo iniziali perché quelle indicazioni sono andate solitamente,„ dice Kerr. “Ecco perché non recuperiamo bene dalle lesioni severe. Ma quello è che cosa crediamo che siamo cambiato. Abbiamo chiesto che cosa era là quando i motoneuroni nascevano e specificamente che cosa ha lasciato i motoneuroni estendere esternamente. Poi abbiamo provato a riportare a quell'ambiente, in presenza delle cellule staminali adattabili e ricettive.„

Nello studio, il gruppo di Kerr in primo luogo ha pretrattato le culture delle cellule staminali embrionali del mouse con i fattori di crescita che sia aumenti la sopravvivenza che la specializzazione rapida nei motoneuroni. Aggiunta acido retinoico e della proteina sonica dell'istrice -- agenti che dirigono le celle nelle prime settimane di vita presupporre i posti adeguati nel midollo spinale -- readied le celle condizionate di es per il circuito del motoneurone quel inizio nel midollo spinale. Poi, le cellule staminali sono state inserite nei midolli spinali dei ratti paralizzati.

I motoneuroni nuovi d'estensione in un sistema nervoso adulto, tuttavia, hanno significato il superamento delle transenne. Uno ha compreso la mielina, il materiale grasso che isola i motoneuroni maturi. Come il rivestimento sul collegare elettrico, la mielina impedisce l'indebolimento dell'impulso elettrico di viaggio e lo lascia continuare le distanze lunghe. In esseri umani, il nervo sciatico myelinated, per esempio, esce il midollo spinale ed estendere ai muscoli che del cosciotto attiva, portando gli impulsi parecchi piedi.

Una volta che indicato, tuttavia, la mielina inibisce ulteriore crescita del nervo -- il modo della natura scoraggiare eccessivi collegamenti nel sistema nervoso. “Abbiamo dovuto sormontare l'inibizione da mielina che indugia nelle vie di nervo morte,„ Kerr spieghiamo. Due agenti, rolipram e dbcAMP sviluppati di recente hanno permesso a quello.

I trattamenti assortiti hanno lasciato i nuovi motoneuroni sopravvivere a, svilupparsi attraverso il midollo spinale ed estendere leggermente nel sistema nervoso periferico. Una seconda transenna è rimanere nell'ottenere i neuroni agli obiettivi del muscolo scheletrico.

Come suggerito tramite lavoro più in anticipo dal membro di gruppo Ahmet Hoke sulla riparazione nel sistema nervoso periferico e periferico, i ricercatori hanno applicato GDNF, uno stimolatore potente della crescita del neurone, al resti del nervo sciatico dei neo-morti ad un punto vicino ai sui precedenti contatti del muscolo del cosciotto. GDNF ha attirato i motoneuroni d'estensione, “attirandoli„ verso i muscoli. Per assicurare un'offerta continua di GDNF, i ricercatori hanno contato sulle cellule staminali neurali iniettate del mouse fetale, una sorgente conosciuta della molecola.

Di circa 4.100 nuovi motoneuroni creati nel midollo spinale, approssimativamente 200 hanno uscito il cavo e 120 hanno raggiunto il muscolo scheletrico, formante le giunzioni nervo-muscolo tipiche, con gli indicatori chimici appropriati e tipici. Microscopicamente, i neuroni e le loro associazioni del muscolo sembrano identici a quei naturali in animali sani.

Cinquanta di nuovi neuroni sono stati trovati per portare gli impulsi elettrici. (Poiché tale prova è tempo ed ad alto contenuto di manodopera, solo una piccola zona del muscolo del cosciotto è stata analizzata. L'abilità migliore dei ratti trattati, tuttavia, suggerisce che i neuroni più funzionali siano probabili.) Il peso guadagnato ratti, era più mobile nelle loro gabbie e misure di forza muscolare aumentate. Gli animali hanno trattato senza anche una componente “del cocktail„ non hanno avvertito tale ripristino. I modi novelli di rintracciamento dei neuroni di nuovo alla loro sorgente hanno assicurato gli scienziati che effettivamente erano venuto dalle cellule staminali iniettate, non dai neuroni prolungati ospite.

La ricerca comincia questa estate per vedere che come la tecnica si applica al ripristino umano del nervo, facendo uso delle celle federale-approvate dell'essere umano es in più grandi mammiferi come maiali, Kerr dice. Ciascuna di sei istituzioni accademiche in una nuova collaborazione affronterà una questione principale differente di sicurezza ed efficacia. Le domande di tumore-formazione, spesso una preoccupazione per le celle di es, della sicurezza di chirurgia e della capacità delle cellule di es di formare i circuiti sani del motore sono domande importanti da rispondere. Parecchi anni di prova e di valutazione accurata di dati si presenterebbero prima dell'applicazione a FDA per approvare i test clinici umani. Lo studio è stato supportato dalle famiglie di SMA, i compagni/lotta SMA, l'associazione di ALS ed il centro di Robert Packard per la ricerca di ALS a Johns Hopkins, l'associazione di distrofia muscolare, ali sopra Wall Street e una concessione di Andrew dal NIH.

Kerr è un beneficiario del centro di Packard per la ricerca di ALS a Johns Hopkins. Egualmente dirige il RESTORE del progetto, ad un'impresa basata Hopkins verso le terapie di avanzamento per le mieliti trasverse e la sclerosi a placche.

Altri sul gruppo di ricerca dal dipartimento della neurologia alla scuola di medicina di Johns Hopkins University includono Jeffrey Rothstein, M.D., Ph.D.; Ahmet Hoke, M.D., Ph.D.; Nicholas Maragakis, M.D.; YUN Sook Kim, Ph.D.; Diga di Sonny, M.D.; Deepa Deshpande, M.S.; Chitra Krishnan, M.S. e Jennifer Drummond. I ricercatori dal dipartimento di microbiologia e dell'immunologia molecolari al banco di Bloomberg di Johns Hopkins University della salute pubblica includono Jessica Carmen, Cesalpina Martinez ed Irina Shats. Jeremy Shefner, M.D., Ph.D., del dipartimento di neurologia a State University dell'università Upstate medica di New York, Siracusa, N.Y., anche contribuita allo studio.