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La nuova terapia sfrutta “le molecole di dancing„ per invertire la paralisi, ripara il tessuto dopo le lesioni del midollo spinale

I ricercatori di Northwestern University hanno sviluppato una nuova terapia iniettabile che cablaggi “molecole ballanti„ per invertire paralisi e riparare tessuto dopo le lesioni severe del midollo spinale. Nel nuovo studio, pubblicato nella scienza, i ricercatori hanno amministrato una singola iniezione ai tessuti che circondano i midolli spinali dei mouse paralizzati. Appena quattro settimane più successivamente, gli animali hanno riacquistato la capacità di camminare.

Inviando i segnali bioactive avviare le celle per riparare e rigenerare, i midolli spinali severamente danneggiati drammaticamente migliori di terapia di innovazione in cinque modi chiave: (1) le estensioni divise dei neuroni, chiamate assoni, rigenerati; (2) il tessuto della cicatrice, che può creare una barriera fisica a rigenerazione ed alla riparazione, ha diminuito significativamente; (3) la mielina, lo strato isolante degli assoni che è importante nella trasmissione dei segnali elettrici efficientemente ha riformato intorno alle celle; (4) vasi sanguigni funzionali formati per consegnare le sostanze nutrienti alle celle al sito di lesione; e (5) nuovi motoneuroni superstiti a.

Dopo che la terapia esegue la sua funzione, i materiali biodegradano nelle sostanze nutrienti per le celle in 12 settimane e poi completamente scompaiono dall'organismo senza effetti secondari notevoli. Ciò è il primo studio di cui i ricercatori hanno gestito il moto collettivo delle molecole attraverso i cambiamenti in struttura chimica per aumentare un'efficacia terapeutica.

“I nostri scopi della ricerca per trovare una terapia che può impedire alle persone di essere paralizzate dopo il trauma o malattia principale,„ ha detto Samuel Stupp, il PhD, il professore del comitato dei garanti di scienza ed assistenza tecnica dei materiali, chimica, medicina ed assistenza tecnica biomedica e Direttore dell'istituto di Simpson Querrey per BioNanotechnology (SQI), che piombo lo studio. “Per le decadi, questa è rimanere una sfida importante per gli scienziati perché il sistema nervoso centrale del nostro organismo, che include il cervello ed il midollo spinale, non ha alcuna capacità significativa di ripararsi dopo la lesione o dopo l'inizio di una malattia degenerante. Stiamo andando diritto a FDA iniziare il trattamento di ottenere questa nuova terapia approvata per uso in pazienti umani, che corrente hanno molto poche opzioni del trattamento.„

Stupp è il Direttore fondante dello SQI e del suo centro di ricerca affiliato, il centro per Nanomedicine a ricupero. Ha nomine al banco di McCormick di Northwestern University di assistenza tecnica, istituto universitario di Weinberg delle arti e scienze e scuola di medicina di Feinberg.

Severe spinal cord injuries repaired with 'dancing molecules'

Video credito: Northwestern University

La speranza di vita non è migliorato dagli anni 80

Secondo il centro statistico di lesione nazionale del midollo spinale, quasi 300,000 persone corrente stanno vivendo con una lesione del midollo spinale negli Stati Uniti. La vita per questi pazienti può essere straordinario difficile. Meno di 3 per cento della gente con la lesione completa recuperano mai le funzioni fisiche di base. E circa 30 per cento ri-sono ospedalizzati almeno una volta durante il qualsiasi anno dato dopo la lesione iniziale, costante milioni di dollari nei costi medii di sanità di vita per paziente. La speranza di vita per la gente con le lesioni del midollo spinale è significativamente più bassa della gente senza lesioni del midollo spinale e non è migliorato dagli anni 80.

Corrente, non c'è terapeutica quella rigenerazione del midollo spinale di grilletto. Ho voluto fare una differenza sui risultati della lesione del midollo spinale ed affrontare questo problema, dati l'impatto che tremendo potrebbe avere sulle vite dei pazienti. Inoltre, la nuova scienza per indirizzare la lesione del midollo spinale ha potuto avere impatto sulle strategie per le malattie ed il colpo neurodegenerative.„

Samuel Stupp, PhD, esperto nella medicina a ricupero

Sezione longitudinale del midollo spinale trattata con l'impalcatura terapeutica più bioactive, catturata 12 settimane dopo la lesione. I vasi sanguigni (rossi) hanno rigenerato all'interno della lesione. Laminin è macchiato nel verde e le celle sono macchiate in blu.

“Bersagli mobili di colpo delle molecole di dancing„

Il segreto dietro la nuova innovazione di Stupp terapeutica sta sintonizzando il moto delle molecole, in modo da possono trovare ed impegnare correttamente i ricevitori cellulari costantemente muoventesi. Iniettato come liquido, la terapia immediatamente si gelifica in una rete complessa dei nanofibers che imitano la matrice extracellulare del midollo spinale. Abbinando la struttura della matrice, imitare il moto delle molecole biologiche ed incorporare segnalano per i ricevitori, i materiali sintetici possono comunicare con le celle.

“I ricevitori in neuroni ed altre celle si muovono costantemente intorno,„ Stupp ha detto. “L'innovazione chiave nella nostra ricerca, di cui non è stato fatto mai prima, è di gestire il moto collettivo di più di 100.000 molecole all'interno dei nostri nanofibers. Facendo le molecole muova, “balli„ o persino salti temporaneamente da queste strutture, conosciute come i polimeri sovramolecolari, essi possono connettere più efficacemente con i ricevitori.„

Stupp ed il suo gruppo hanno trovato quello che regolano il moto delle molecole all'interno della rete del nanofiber per rendere loro più agile provocato la maggior efficacia terapeutica in mouse paralizzati. Egualmente hanno confermato che le formulazioni della loro terapia con moto molecolare migliorato hanno eseguito meglio durante le prove in vitro con le cellule umane, indicando la bioattività aumentata e la segnalazione cellulare.

“Poichè le celle stesse ed i loro ricevitori sono nel moto costante, potete immaginare che le molecole che si muovono abbiano incontrato più rapido più spesso questi ricevitori,„ Stupp avete detto. “Se le molecole sono lente e non come “sociale, “possono non non entr inare mai contatto con le celle.„

Assoni rigenerati (rossi) e celle glial (verde) nel centro della lesione.

Un'iniezione, due segnali

Connesso una volta ai ricevitori, le molecole mobili avviano due segnali precipitanti a cascata, di cui tutt'e due sono critici alla riparazione del midollo spinale. Un segnale spinge le code lunghe dei neuroni nel midollo spinale, chiamate assoni, a rigenerare. Simile ai cavi elettrici, assoni invii i segnali fra il cervello ed il resto dell'organismo. La divisione o gli assoni offensivi può provocare la perdita di sensibilità nell'organismo o persino nella paralisi. La riparazione degli assoni, d'altra parte, aumenta la comunicazione fra l'organismo ed il cervello.

I secondi neuroni di guide del segnale sopravvivono a dopo la lesione perché induce altri tipi delle cellule a proliferare, promuovente la ricrescita dei vasi sanguigni persi che alimentano i neuroni e le celle critiche per la riparazione del tessuto. La terapia egualmente induce la mielina per ricostruire intorno agli assoni e diminuisce lo sfregio glial, che funge da barriera fisica che impedisce il midollo spinale guarire.

“I segnali utilizzati nello studio imitano le proteine naturali che sono necessarie indurre le risposte biologiche desiderate. Tuttavia, le proteine hanno emivite estremamente brevi e sono costose produrre,„ ha detto il álvarez di Zaida, PhD, autore dello studio il primo ed ex assistente universitario di ricerca nel laboratorio di Stupp. “I nostri segnali sintetici sono short, peptidi modificati che - una volta tenuto da adesivo insieme a migliaia - sopravvivrà a affinchè le settimane consegnino la bioattività. Il risultato finale è una terapia che è meno costosa produrre e dura molto più lungamente.„

Sezione longitudinale del midollo spinale trattata con l'impalcatura terapeutica più bioactive. Gli assoni rigenerati (rossi) sono ricresciuto all'interno della lesione.

Applicazione universale

Mentre la nuova terapia potrebbe essere usata per impedire la paralisi dopo il trauma principale (incidenti di automobile, cadute, incidenti di sport e ferite da arma da fuoco) come pure le malattie, Stupp crede che la scoperta di fondo - che “il moto sovramolecolare„ è un fattore chiave nella bioattività - possa applicarsi ad altri terapie ed obiettivi.

“I tessuti che del sistema nervoso centrale abbiamo rigenerato con successo nel midollo spinale ferito sono simili a quelli nel cervello influenzato dal colpo e malattie neurodegenerative, quali ALS, la malattia del Parkinson ed il morbo di Alzheimer,„ Stupp ha detto. “Oltre quella, la nostra scoperta fondamentale circa gestire il moto delle installazioni molecolari per migliorare la segnalazione delle cellule ha potuto applicarsi universalmente attraverso gli obiettivi biomedici.„

Altri autori nordoccidentali di studio includono Evangelos Kiskinis, il PhD, assistente universitario nel dipartimento di Ruth e di KEN Davee della neurologia e della neuroscienza; tecnico Feng Chen di ricerca; ricercatori postdottorali Ivan Sasselli, PhD; Alberto Ortega, PhD; e Zois Syrgiannis, PhD; e dottorandi Alexandra Kolberg-Edelbrock, Ruomeng Qiu e Stacey Chin. Peter Mirau, PhD, dei laboratori di ricerca dell'aeronautica; e Steven Weigand del laboratorio nazionale di Argonne egualmente è co-author.

Lo studio, è stato supportato dal Louis A. Simpson e Kimberly K. Querrey Center per Nanomedicine a ricupero all'istituto di Simpson Querrey per BioNanotechnology, il laboratorio di ricerca dell'aeronautica (numero FA8650-15-2-5518 del premio), istituto nazionale dei disordini neurologici e colpo e l'istituto nazionale su invecchiamento (premio numera R01NS104219, R21NS107761 e R21NS107761-01A1), le fondamenta di ALS di Les Turner, le fondamenta della cellula staminale di New York, i veterani paralizzati delle fondamenta di ricerca dell'America (numero PVA17RF0008 del premio), il National Science Foundation e l'associazione francese di distrofia muscolare.