Ένα καινοτόμο ενέσιμο βιοϋλικό που θα μπορούσε να αλλάξει τον τρόπο αντιμετώπισης των ασθενών μετά από ισχαιμικό εγκεφαλικό επεισόδιο ανέπτυξαν μηχανικοί βιοϊατρικής του Πανεπιστημίου Duke στις ΗΠΑ.

Η νέα προσέγγιση, η οποία παρουσιάζεται στο περιοδικό Cell Biomaterials, μετατρέπει την κοιλότητα που παραμένει στον εγκέφαλο μετά από ένα σοβαρό εγκεφαλικό σε ένα περιβάλλον που ευνοεί την επιδιόρθωση του ιστού. Στα πειράματα σε ποντίκια, η θεραπεία προώθησε τη δημιουργία νέων αιμοφόρων αγγείων, ενίσχυσε την αναδιοργάνωση των νευρικών κυκλωμάτων και οδήγησε σε σημαντική βελτίωση της κινητικής λειτουργίας.

Το πρόβλημα μετά το εγκεφαλικό

Κάθε χρόνο, εκατομμύρια άνθρωποι παγκοσμίως υφίστανται ισχαιμικό εγκεφαλικό επεισόδιο, το οποίο προκαλείται από θρόμβο που εμποδίζει την αιμάτωση του εγκεφάλου.

Οι σύγχρονες θεραπείες, όπως τα θρομβολυτικά φάρμακα και η αφαίρεση του θρόμβου, μπορούν να αποκαταστήσουν τη ροή του αίματος και να σώσουν τμήμα του εγκεφαλικού ιστού. Ωστόσο, δεν μπορούν να αναγεννήσουν τον ιστό που έχει ήδη καταστραφεί.

Σε μεγάλα εγκεφαλικά επεισόδια παραμένει μια κοιλότητα στην περιοχή της βλάβης, ενώ η αποκατάσταση βασίζεται κυρίως στην αποκατάσταση μέσω φυσικοθεραπείας και άλλων προγραμμάτων αποκατάστασης, τα οποία βοηθούν τον εγκέφαλο να προσαρμοστεί, χωρίς όμως να επιδιορθώνουν άμεσα την κατεστραμμένη περιοχή.

«Όταν ο εγκεφαλικός ιστός έχει πλέον χαθεί, η απλή αποκατάσταση της αιματικής ροής δεν αρκεί», δήλωσε η Tatiana Segura, καθηγήτρια Βιοϊατρικής Μηχανικής στο Πανεπιστήμιο Duke. «Στόχος μας είναι να σχεδιάσουμε το περιβάλλον της βλάβης έτσι ώστε οι ανοσολογικοί, αγγειακοί και νευρωνικοί μηχανισμοί επιδιόρθωσης να μπορέσουν να λειτουργήσουν συντονισμένα.»

Ένα «ικρίωμα» που καθοδηγεί την αποκατάσταση

Η ερευνητική ομάδα αξιοποίησε ένα μικροπορώδες βιοϋλικό από μικροσκοπικά σωματίδια υδρογέλης (MAPS), το οποίο λειτουργεί ως τρισδιάστατο «ικρίωμα» πάνω στο οποίο μπορούν να αναπτυχθούν νέα κύτταρα.

Οι επιστήμονες εμπλούτισαν το υλικό με εξωκυτταρικά κυστίδια (extracellular vesicles - EVs) που προέρχονται από αστροκύτταρα, κύτταρα τα οποία φυσιολογικά υποστηρίζουν τη λειτουργία του εγκεφάλου και συμμετέχουν στην αντίδρασή του μετά από τραυματισμό.

Αντί να εγχύσουν απλώς τα κυστίδια, οι ερευνητές τα προσάρτησαν χημικά στην επιφάνεια του βιοϋλικού, ώστε τα σήματα που μεταφέρουν να παραμένουν συγκεντρωμένα στο σημείο της βλάβης και να καθοδηγούν τα κύτταρα που φθάνουν εκεί.

«Δεν τοποθετούμε απλώς ένα υλικό μέσα στον εγκέφαλο», εξήγησε η Segura. «Δημιουργούμε ένα τοπικό περιβάλλον που μπορεί να συντονίσει πολλές διαφορετικές πτυχές της διαδικασίας αποκατάστασης.»

Απρόσμενος ρόλος των ουδετερόφιλων

Η μελέτη αποκάλυψε και έναν νέο πιθανό ρόλο για τα ουδετερόφιλα, κύτταρα του ανοσοποιητικού συστήματος που μέχρι σήμερα συνδέονταν κυρίως με τη φλεγμονή και την επιδείνωση της βλάβης μετά από εγκεφαλικό.

Οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι ένας συγκεκριμένος συνδυασμός μορίων σηματοδότησης (IL-4 και C1q) προσέλκυε ουδετερόφιλα και μακροφάγα στην περιοχή της βλάβης. Όταν η ομάδα αυτή των κυττάρων απομακρύνθηκε πειραματικά, η ανάπτυξη νέων αιμοφόρων αγγείων και η αναδιαμόρφωση του βιοϋλικού μειώθηκαν σημαντικά.

«Το αποτέλεσμα αυτό αλλάζει τον τρόπο με τον οποίο αντιλαμβανόμαστε τον ρόλο των ουδετερόφιλων μετά από ένα εγκεφαλικό επεισόδιο», δήλωσε ο Shangjing Xin, κύριος συγγραφέας της μελέτης και μεταδιδακτορικός ερευνητής στο εργαστήριο της Segura.

«Ο ρόλος τους φαίνεται να εξαρτάται από το πότε φθάνουν, πού βρίσκονται και ποια σήματα λαμβάνουν από το περιβάλλον τους. Η μελέτη μας δείχνει μια πιθανή στρατηγική βιοϊατρικής μηχανικής για την προσέλκυση και διατήρηση αυτών των κυττάρων τη σωστή χρονική στιγμή.»

Βελτίωση στην κινητικότητα

Παράλληλα με την ανάπτυξη νέων αιμοφόρων αγγείων, οι επιστήμονες παρατήρησαν αυξημένη ανάπτυξη νευρικών ινών μέσα και γύρω από την περιοχή της βλάβης.

Τα ποντίκια που έλαβαν το βελτιστοποιημένο βιοϋλικό παρουσίασαν σημαντικά καλύτερες επιδόσεις σε δοκιμασίες κινητικού συντονισμού. Οκτώ εβδομάδες μετά τη θεραπεία, οι επιδόσεις τους ήταν αντίστοιχες με εκείνες υγιών ποντικών και η βελτίωση διατηρήθηκε μέχρι το τέλος της μελέτης.

Ενδιαφέρον παρουσιάζει το γεγονός ότι όταν τα εξωκυτταρικά κυστίδια χορηγήθηκαν χωρίς το βιοϋλικό, δεν παρατηρήθηκε ανάλογη αποκατάσταση των αιμοφόρων αγγείων, γεγονός που υποδηλώνει ότι καθοριστικό ρόλο παίζει και η δομή του ίδιου του βιοϋλικού.

Τα επόμενα βήματα

Οι ερευνητές τονίζουν ότι πρόκειται για προκλινική μελέτη και ότι η θεραπεία έχει δοκιμαστεί μόνο σε ζωικά μοντέλα.

Στα επόμενα στάδια θα αξιολογηθεί η ασφάλεια της μεθόδου, ο ακριβής ρόλος των διαφορετικών κυττάρων του ανοσοποιητικού στην αποκατάσταση και η αποτελεσματικότητά της σε μεγαλύτερα ζωικά μοντέλα, πιο κοντά στις συνθήκες του ανθρώπου.

Παράλληλα, η ερευνητική ομάδα διερευνά τη χρήση εξωκυτταρικών κυστιδίων που προέρχονται από ανθρώπινα αστροκύτταρα, τα οποία δημιουργούνται από επαγόμενα πολυδύναμα βλαστοκύτταρα, με στόχο την ανάπτυξη μιας θεραπείας που θα μπορεί μελλοντικά να εφαρμοστεί και σε ασθενείς.

«Δεν αποκαθιστάς ένα οικοσύστημα απλώς περιορίζοντας την αρχική ζημιά», ανέφερε χαρακτηριστικά η Segura. «Πρέπει να δημιουργήσεις τις συνθήκες που θα επιτρέψουν στη ζωή να επιστρέψει. Έτσι αντιμετωπίζουμε την κοιλότητα που αφήνει το εγκεφαλικό. Το υλικό δεν έχει στόχο να αναπαραγάγει τον εγκέφαλο, αλλά να δημιουργήσει ένα περιβάλλον όπου τα κύτταρα του ίδιου του οργανισμού μπορούν να εισέλθουν, να επικοινωνήσουν μεταξύ τους και να συμβάλουν στην αναδόμηση ενός λειτουργικού, αγγειοποιημένου ιστού.»

Πηγή: Medical Xpress