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A terapia nova aproveita da “moléculas dança” para inverter a paralisia, repara o tecido após os ferimentos da medula espinal

Os investigador da Universidade Northwestern desenvolveram uma terapia injectável nova que chicotes de fios “moléculas de dança” para inverter a paralisia e reparar o tecido após os ferimentos severos da medula espinal. No estudo novo, publicado na ciência, os investigador administraram uma única injecção aos tecidos que cercam as medulas espinais de ratos paralizados. Apenas quatro semanas mais tarde, os animais recuperaram a capacidade para andar.

Enviando sinais bioactive provocar pilhas para reparar e regenerar, as medulas espinais severamente feridas dramàtica melhoradas da terapia da descoberta em cinco maneiras chaves: (1) as extensões separadas dos neurônios, chamadas axónio, regenerados; (2) o tecido da cicatriz, que pode criar uma barreira física à regeneração e ao reparo, diminuiu significativamente; o myelin (de 3), a camada de isolamento de axónio que é importante em transmitir sinais elétricos eficientemente reformou em torno das pilhas; (4) vasos sanguíneos funcionais formaram para entregar nutrientes às pilhas no local de ferimento; e (5) mais neurônios de motor sobreviveram.

Depois que a terapia executa sua função, os materiais biodegradam em nutrientes para as pilhas dentro de 12 semanas e então desaparecem completamente do corpo sem efeitos secundários visíveis. Este é o primeiro estudo em que os investigador controlaram o movimento colectivo das moléculas através das mudanças na estrutura química para aumentar uma eficácia terapêutica.

“Nossos alvos de pesquisa para encontrar uma terapia que pudesse impedir que os indivíduos se tornem paralizados após o traumatismo ou doença principal,” disse Samuel Stupp, PhD, placa do professor dos depositários da ciência e a engenharia de materiais, química, medicina, e engenharia biomedicável e director do instituto de Simpson Querrey para BioNanotechnology (SQI), que conduziu o estudo. “Por décadas, esta permaneceu um desafio principal para cientistas porque o sistema nervoso central do nosso corpo, que inclui o cérebro e a medula espinal, não tem nenhuma capacidade significativa se reparar após ferimento ou após o início de uma doença degenerativo. Nós estamos indo em linha recta ao FDA começar o processo de obter esta terapia nova aprovada para o uso nos pacientes humanos, que têm actualmente muito poucas opções do tratamento.”

Stupp é o director fundando do SQI e de seu centro de pesquisa afiliado, o centro para Nanomedicine regenerative. Tem nomeações na escola de McCormick da Universidade Northwestern da engenharia, a faculdade de Weinberg das artes e as ciências e a Faculdade de Medicina de Feinberg.

Severe spinal cord injuries repaired with 'dancing molecules'

Crédito video: Universidade Northwestern

A esperança de vida não melhorou desde os anos 80

De acordo com o centro estatístico de ferimento nacional da medula espinal, quase 300.000 povos estão vivendo actualmente com um ferimento da medula espinal nos Estados Unidos. A vida para estes pacientes pode ser extraordinària difícil. Menos de 3 por cento dos povos com ferimento completo recuperam nunca funções físicas básicas. E aproximadamente 30 por cento re-são hospitalizados pelo menos uma vez durante qualquer ano dado após o ferimento inicial, custando milhões de dólares nos custos médios dos cuidados médicos da vida pelo paciente. A esperança de vida para povos com os ferimentos da medula espinal é significativamente mais baixa do que povos sem os ferimentos da medula espinal e não melhorou desde os anos 80.

Actualmente, não há nenhuma terapêutica essa regeneração da medula espinal do disparador. Eu quis fazer uma diferença nos resultados de ferimento da medula espinal e abordar este problema, dados o impacto que tremendo poderia ter nas vidas dos pacientes. Também, a ciência nova para endereçar ferimento da medula espinal podia ter o impacto em estratégias para doenças e o curso neurodegenerative.”

Samuel Stupp, PhD, perito na medicina regenerativa

Secção longitudinal da medula espinal tratada com o andaime terapêutico o mais bioactive, capturado 12 semanas após ferimento. Os vasos sanguíneos (vermelhos) regeneraram dentro da lesão. Laminin é manchado no verde e as pilhas são manchadas no azul.

Da “alvo móveis da batida das moléculas dança”

O segredo atrás da descoberta nova de Stupp terapêutica está ajustando o movimento das moléculas, assim que podem encontrar e correctamente contratar os receptors celulares constantemente móveis. Injetado como um líquido, a terapia coagula-se imediatamente em uma rede complexa dos nanofibers que imitam a matriz extracelular da medula espinal. Combinando a estrutura da matriz, imitar o movimento de moléculas biológicas e incorporá-lo sinalizam para os receptors, os materiais sintéticos podem comunicar-se com as pilhas.

Os “receptors nos neurônios e nas outras pilhas movem-se constantemente ao redor,” Stupp disse. “A inovação chave em nossa pesquisa, de que foi feito nunca antes, é controlar o movimento colectivo de mais de 100.000 moléculas dentro de nossos nanofibers. Fazendo as moléculas mova-se, “dance” ou mesmo pule temporariamente fora destas estruturas, conhecidas como polímeros supramoleculares, elas pode conectar mais eficazmente com os receptors.”

Stupp e sua equipe encontraram aquele que ajustam o movimento das moléculas dentro da rede do nanofiber para fazer-lhes mais ágil conduzido à maior eficácia terapêutica em ratos paralizados. Igualmente confirmaram que as formulações de sua terapia com movimento molecular aumentado executaram melhor durante testam in vitro com pilhas humanas, indicando a bioactividade aumentada e a sinalização celular.

“Dado que as pilhas elas mesmas e seus receptors estão no movimento constante, você pode imaginar que as moléculas que se movem mais ràpida encontrariam estes receptors mais frequentemente,” Stupp disse. “Se as moléculas são lentas e não como “o social, “podem nunca entrar o contacto com as pilhas.”

Axónio regenerados (vermelhos) e pilhas glial (verde) no centro da lesão.

Uma injecção, dois sinais

Conectado uma vez aos receptors, as moléculas moventes provocam dois sinais de conexão em cascata, ambo são críticos ao reparo da medula espinal. Um sinal alerta as caudas longas dos neurônios na medula espinal, chamadas axónio, regenerar. Similar aos cabos elétricos, axónio envie sinais entre o cérebro e o resto do corpo. A separação ou os axónio prejudiciais podem conduzir à perda de sentimento no corpo ou mesmo na paralisia. Reparar axónio, por outro lado, aumenta uma comunicação entre o corpo e o cérebro.

Os segundos neurônios das ajudas do sinal sobrevivem após ferimento porque faz com que outros tipos da pilha proliferem, promovendo a rebrota dos vasos sanguíneos perdidos que alimentam os neurônios e pilhas críticas para o reparo do tecido. A terapia igualmente induz o myelin para reconstruir em torno dos axónio e reduz scarring glial, que actua como uma barreira física que impeça que a medula espinal cure.

“Os sinais usados no estudo imitam as proteínas naturais que são necessários induzir as respostas biológicas desejadas. Contudo, as proteínas têm meia-vidas extremamente curtos e são caras produzir,” disse o álvarez de Zaida, o PhD, autor do estudo o primeiro e o professor adjunto anterior da pesquisa no laboratório de Stupp. “Nossos sinais sintéticos são os peptides curtos, alterados que - quando ligado junto pelos milhares - sobreviverá por semanas para entregar a bioactividade. O resultado final é uma terapia que seja menos cara produzir e dura muito mais por muito tempo.”

Secção longitudinal da medula espinal tratada com o andaime terapêutico o mais bioactive. Os axónio regenerados (vermelhos) regrew dentro da lesão.

Aplicação universal

Quando a terapia nova poderia ser usada para impedir a paralisia após o traumatismo principal (acidentes de automóvel, quedas, acidentes dos esportes e feridas de bala) assim como das doenças, Stupp acredita que a descoberta subjacente - que “o movimento supramolecular” é um factor chave na bioactividade - pode ser aplicado a outros terapias e alvos.

“Os tecidos que do sistema nervoso central nós regeneramos com sucesso na medula espinal ferida são similares àqueles no cérebro afetado pelo curso e doenças neurodegenerative, tais como o ALS, a doença de Parkinson e a doença de Alzheimer,” Stupp disse. “Além daquela, nossa descoberta fundamental sobre o controlo do movimento dos conjuntos moleculars para aumentar a sinalização da pilha podia ser aplicada universal através dos alvos biomedicáveis.”

Outros autores do noroeste do estudo incluem Evangelos Kiskinis, PhD, professor adjunto no departamento de Ken e de Ruth Davee da neurologia e da neurociência; técnico Feng Chen da pesquisa; pesquisadores pos-doctoral Ivan Sasselli, PhD; Alberto Ortega, PhD; e Zois Syrgiannis, PhD; e alunos diplomados Alexandra Kolberg-Edelbrock, Ruomeng Qiu e Stacey Chin. Peter Mirau, PhD, dos laboratórios de investigação da força aérea; e Steven Weigand do laboratório nacional de Argonne igualmente é co-autores.

O estudo, foi apoiado pelo Louis A. Simpson e Kimberly K. Querrey Centro para Nanomedicine regenerative no instituto de Simpson Querrey para BioNanotechnology, o laboratório de investigação da força aérea (número FA8650-15-2-5518 da concessão), instituto nacional de desordens neurológicas e curso e o instituto nacional no envelhecimento (a concessão numera R01NS104219, R21NS107761 e R21NS107761-01A1), a fundação do ALS de Les Turner, a fundação da célula estaminal de New York, os veteranos paralizados da fundação de pesquisa de América (número PVA17RF0008 da concessão), o National Science Foundation e a associação francesa da distrofia muscular.