Лечение травм спинного мозга: подвижные молекулы препарата способствовали восстановлению спинного мозга у мышей

12:49 16 Ноябрь Киев, Украина

Нанофибриллы с веществами, способствующими восстановлению и выживанию клеток спинного мозга после его травмирования, имеют лучшую эффективность, если сделать их молекулы более подвижными. Это показало исследование американских ученых, в ходе которого мыши с травмой спинного мозга лучше восстанавливались и возвращали двигательную функцию, если получили инъекцию нанофибрилл с усиленной подвижностью их молекул. Результаты опубликованы в журнале Science .
 
Фото: Изображение места повреждения спинного мозга мышей. Верхний ряд — нелеченный, средний и нижний — леченных разными комбинациями пептидов. Зеленым обозначены астроциты, красным – аксоны, синим – ядра клеток


Какой способ лечения травмы спинного мозга привлек внимание ученых?

Травмирование спинного мозга может приводить к тяжелым нарушениям подвижности, например к параличу нескольких или всех конечностей. Часто эти последствия неотвратимы из-за низкой способности нервной системы к регенерации и образованию рубцовой ткани, которая еще больше затрудняет заживление. Пока нет такого лечения, которое с высокой эффективностью может восстановить двигательную функцию. Впрочем, исследования показывают, что отдельные химические вещества способны помочь. Например, хондроитиназа АВС растворяетглиальный рубец, препятствующий восстановлению нервов. Другие ученые видят решение в соединениях, которые, соединяясь с соответствующими рецепторами клеток, активируют процессы регенерации. Естественно, такими соединениями являются белки, но их фармакологическое использование ограничено коротким периодом дееспособности в человеческом организме после их введения, а также высокой стоимостью изготовления.

Потенциально помочь могут искусственные материалы со свойствами внеклеточного матрикса, содержащие более малые молекулы пептиды, имитирующие действие конкретных белков и, также связываясь с рецепторами клеток, могут активировать процессы заживления. При соединении их в большие плотные полимеры они могут «жить» и действовать в организме гораздо дольше белков. Изучая такой подход к лечению травм спинного мозга, ученым Северо-Западного университета и Исследовательской лаборатории ВВС США удалось добиться значительных успехов в опытах на животных.

Каким образом регенерации спинного мозга достигли раза?

Ученые создали супрамолекулярную структуру из полимеров, которая благодаря наноразмерным фибриллам удачно имитирует среду внеклеточного матрикса. Его терапевтическое действие обусловлено наличием двух типов пептидов в составе фибрилл. Первый, IKVAV, известен содействием превращению нейрональных стволовых клеток в нейроны и удлинению аксонов — длинных отростков нейронов, среди прочего, проводящих сигналы к мышечным волокнам. Другой пептид называется YRSRKYSSWYVALKR, и он способствует разрастанию клеток и их выживанию.

Но, чтобы эти вещества воздействовали и запустили желаемые клеточные процессы, они должны связаться с соответствующими рецепторами на поверхности клеток. Это не так уж просто, учитывая, что рецепторы и другие структуры мембраны клеток находятся в движении и постоянно изменяют свое расположение. Чтобы помочь взаимодействию пептидов с рецепторами, ученые модифицировали не биоактивные участки фибрилл таким образом, чтобы сделать их более подвижными. Благодаря этому молекулы, как и рецепторы, постоянно находятся в движении, иногда даже отсоединяются от супрамолекулярных структур, что увеличивает вероятность их контакта.

Препарат удобно использовать в виде инъекции. При введении он редок, но после попадания в место поражения быстро образует гелевую структуру с нанофибриллами. В таком виде он может в течение недели находиться и действовать в организме, а примерно через 12 недель самостоятельно и безопасно деградирует. Испытание провели на мышах через 24 часа после тяжелого повреждения спинного мозга, которое проявилось параличом нижней части тела, в частности конечностей, животных. Эффективность препарата сравнивали с действием инъекции обыкновенного солевого раствора.

Как воздействовал препарат на мышей?

За 12 недель наблюдения у мышей, введенных им солевой раствор, почти не обнаружили восстановление аксонов. В группе лечения комбинированным препаратом восстановление аксонов было в 50 раз больше, а кроме этого наблюдалось усиленное покрытие аксонов миелином — изолирующим белком, обеспечивающим быструю и корректную передачу электрических сигналов. Терапия также проявилась значительно меньшей плотностью глиального рубца в месте повреждения, по сравнению с нелеченными мышами. У мышей после инъекции препарата через три месяца на месте повреждения образовалась новая сеть кровеносных сосудов, по сравнению с мышами после укола солевого раствора. У этих сосудов наблюдалось большее количество нейронов, в частности мотонейронов; картина была похожа на такую у здоровых животных с неповрежденным спинным мозгом. Это указывает на то, что лечение действительно помогло повысить выживаемость нейронов. Изменения от лечения были заметны и в поведении животных. Уже через три недели после поражения в группе препарата животные продемонстрировали наилучшие показатели, частично восстановив двигательную функцию, в частности, возможность ходить.

Ученые провели опыты в пробирках с человеческими клетками сосудов и клетками-предшественниками нейронов. Опыты снова показали, что пептиды в составе фибрилл способны запустить необходимые для заживления спинного мозга клеточные процессы.

Наибольшая терапевтическая эффективность (восстановление аксонов и кровеносных сосудов, функциональное улучшение) наблюдалось при применении фибрилл с наиболее подвижными молекулами. Ученые считают это доказательством того, что постоянное изменение формы фибрилл вследствие их сильно подвижных молекул способствует лучшему взаимодействию с рецепторами. Но не исключено, что динамическая сеть фибрилл влияет на клетки опосредованно, лучше взаимодействуя с белками внеклеточного матрикса. Ученые надеются, что их открытие об усиленной биоактивности супрамолекулярных фибрилл с повышенной мобильностью может способствовать лечению и других заболеваний.