Los investigadores de la Northwestern University han desarrollado una nueva terapia inyectable que aprovecha las "moléculas danzantes" para revertir la parálisis y reparar el tejido después de lesiones graves de la médula espinal.
En un nuevo estudio, los investigadores administraron una sola inyección en los tejidos que rodeaban la médula espinal de ratones paralizados. Solo cuatro semanas después, los animales recuperaron la capacidad de caminar.
La investigación se publicará en la edición del 12 de noviembre de la revista ciencia .
Al enviar señales bioactivas para activar las células para que se reparen y regeneren, la terapia innovadora mejoró drásticamente la médula espinal gravemente lesionada de cinco maneras clave: 1 Las extensiones cortadas de neuronas, llamadas axones, se regeneraron; 2 el tejido cicatricial, que puedecrear una barrera física para la regeneración y reparación, significativamente disminuida; 3 mielina, la capa aislante de axones que es importante para transmitir señales eléctricas de manera eficiente, reformada alrededor de las células; 4 vasos sanguíneos funcionales formados para entregar nutrientes a las células en la lesiónsitio; y 5 sobrevivieron más neuronas motoras.
Después de que la terapia realiza su función, los materiales se biodegradan en nutrientes para las células en 12 semanas y luego desaparecen por completo del cuerpo sin efectos secundarios notables. Este es el primer estudio en el que los investigadores controlaron el movimiento colectivo de las moléculas a través de cambios en las sustancias químicas.estructura para aumentar la eficacia terapéutica.
"Nuestra investigación tiene como objetivo encontrar una terapia que pueda evitar que las personas se paralicen después de un trauma o enfermedad grave", dijo Samuel I. Stupp de Northwestern, quien dirigió el estudio. "Durante décadas, esto ha sido un gran desafío para los científicos porque nuestroEl sistema nervioso central del cuerpo, que incluye el cerebro y la médula espinal, no tiene ninguna capacidad significativa para repararse después de una lesión o después de la aparición de una enfermedad degenerativa. Vamos directamente a la FDA para iniciar el proceso de aprobación de esta nueva terapia.para su uso en pacientes humanos, que actualmente tienen muy pocas opciones de tratamiento ".
Stupp es profesor de la Junta Directiva de Ciencia e Ingeniería de Materiales, Química, Medicina e Ingeniería Biomédica en Northwestern, donde es director fundador del Instituto Simpson Querrey para BioNanotecnología SQI y su centro de investigación afiliado, el Centro de Nanomedicina Regenerativa.Tiene nombramientos en McCormick School of Engineering, Weinberg College of Arts and Sciences y Feinberg School of Medicine.
La esperanza de vida no ha mejorado desde la década de 1980
Según el Centro Nacional de Estadísticas de Lesiones de la Médula Espinal, casi 300,000 personas viven actualmente con una lesión de la médula espinal en los Estados Unidos. La vida para estos pacientes puede ser extraordinariamente difícil. Menos del 3% de las personas con lesiones completas alguna vez se recuperany aproximadamente el 30% son reingresados al menos una vez durante un año determinado después de la lesión inicial, lo que cuesta millones de dólares en costos promedio de atención médica de por vida por paciente. La esperanza de vida para las personas con lesiones en la médula espinal es significativamente menor que para las personas sinlesiones del cordón y no ha mejorado desde la década de 1980.
"Actualmente, no existen terapias que desencadenen la regeneración de la médula espinal", dijo Stupp, un experto en medicina regenerativa. "Quería marcar la diferencia en los resultados de la lesión de la médula espinal y abordar este problema, dado el tremendo impacto que tienepodría tener en la vida de los pacientes. Además, la nueva ciencia para abordar la lesión de la médula espinal podría tener un impacto en las estrategias para las enfermedades neurodegenerativas y los accidentes cerebrovasculares ".
'moléculas danzantes' golpean objetivos en movimiento
El secreto detrás del nuevo y revolucionario tratamiento terapéutico de Stupp es ajustar el movimiento de las moléculas, para que puedan encontrar y activar adecuadamente los receptores celulares en constante movimiento. Inyectada como un líquido, la terapia se gelifica inmediatamente en una compleja red de nanofibras que imitan la matriz extracelular de lamédula espinal. Al hacer coincidir la estructura de la matriz, imitar el movimiento de las moléculas biológicas e incorporar señales para los receptores, los materiales sintéticos pueden comunicarse con las células.
"Los receptores en las neuronas y otras células se mueven constantemente", dijo Stupp. "La innovación clave en nuestra investigación, que nunca se había hecho antes, es controlar el movimiento colectivo de más de 100.000 moléculas dentro de nuestras nanofibras.las moléculas se mueven, 'danzan' o incluso saltan temporalmente de estas estructuras, conocidas como polímeros supramoleculares, son capaces de conectarse más eficazmente con los receptores ".
Stupp y su equipo encontraron que ajustar el movimiento de las moléculas dentro de la red de nanofibras para hacerlas más ágiles resultó en una mayor eficacia terapéutica en ratones paralizados. También confirmaron que las formulaciones de su terapia con movimiento molecular mejorado funcionaron mejor durante in vitropruebas con células humanas, lo que indica un aumento de la bioactividad y la señalización celular.
"Dado que las células mismas y sus receptores están en constante movimiento, puedes imaginar que las moléculas que se mueven más rápidamente encontrarán estos receptores con más frecuencia", dijo Stupp. "Si las moléculas son lentas y no tan 'sociales', es posible que nuncaentrar en contacto con las células. "
Una inyección, dos señales
Una vez conectadas a los receptores, las moléculas en movimiento activan dos señales en cascada, las cuales son críticas para la reparación de la médula espinal. Una señal hace que las largas colas de neuronas en la médula espinal, llamadas axones, se regeneren. Similar a los cables eléctricos,Los axones envían señales entre el cerebro y el resto del cuerpo. Cortar o dañar los axones puede provocar la pérdida de sensibilidad en el cuerpo o incluso la parálisis. La reparación de los axones, por otro lado, aumenta la comunicación entre el cuerpo y el cerebro.
La segunda señal ayuda a las neuronas a sobrevivir después de una lesión porque provoca la proliferación de otros tipos de células, lo que promueve el recrecimiento de los vasos sanguíneos perdidos que alimentan a las neuronas y las células críticas para la reparación de tejidos. La terapia también induce la reconstrucción de la mielina alrededor de los axones y reduce la cicatrización de la glía.que actúa como una barrera física que evita que la médula espinal se cure.
"Las señales utilizadas en el estudio imitan las proteínas naturales que se necesitan para inducir las respuestas biológicas deseadas. Sin embargo, las proteínas tienen vidas medias extremadamente cortas y su producción es costosa", dijo Zaida Álvarez, primera autora del estudio y ex investigadoraprofesor asistente en el laboratorio de Stupp. "Nuestras señales sintéticas son péptidos cortos y modificados que, cuando se unen entre sí por miles, sobrevivirán durante semanas para ofrecer bioactividad. El resultado final es una terapia que es menos costosa de producir y dura mucho más. "
aplicación universal
Si bien la nueva terapia podría usarse para prevenir la parálisis después de un trauma mayor accidentes automovilísticos, caídas, accidentes deportivos y heridas de bala, así como de enfermedades, Stupp cree que el descubrimiento subyacente: que el "movimiento supramolecular" es un factor clave enbioactividad: se puede aplicar a otras terapias y objetivos.
"Los tejidos del sistema nervioso central que hemos regenerado con éxito en la médula espinal lesionada son similares a los del cerebro afectados por accidentes cerebrovasculares y enfermedades neurodegenerativas, como la ELA, la enfermedad de Parkinson y la enfermedad de Alzheimer", dijo Stupp.El descubrimiento fundamental sobre el control del movimiento de los ensamblajes moleculares para mejorar la señalización celular podría aplicarse universalmente a través de objetivos biomédicos ".
Otros autores del estudio de Northwestern incluyen a Evangelos Kiskinis, profesor asistente de neurología y neurociencia en Feinberg; el técnico de investigación Feng Chen; los investigadores posdoctorales Ivan Sasselli, Alberto Ortega y Zois Syrgiannis; y los estudiantes graduados Alexandra Kolberg-Edelbrock, Ruomeng Qiu y Stacey Chin. PeterMirau de los Laboratorios de Investigación de la Fuerza Aérea y Steven Weigand del Laboratorio Nacional de Argonne también son coautores.
El estudio fue apoyado por el Centro Louis A. Simpson y Kimberly K. Querrey de Nanomedicina Regenerativa en el Instituto Simpson Querrey para BioNanotecnología, el Laboratorio de Investigación de la Fuerza Aérea número de premio FA8650-15-2-5518, Instituto Nacional de NeurologíaDisorders and Stroke y el National Institute on Aging números de premio R01NS104219, R21NS107761 y R21NS107761-01A1, Les Turner ALS Foundation, New York Stem Cell Foundation, Paralyzed Veterans of America Research Foundation premio número PVA17RF0008, National ScienceFoundation y la Asociación Francesa de Distrofia Muscular.
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