Urazy rdzenia kręgowego należą do najbardziej wyniszczających obrażeń w neurologii. Każdego roku w Stanach Zjednoczonych diagnozuje się je u tysięcy osób, a według National Spinal Cord Injury Statistical Center ponad 300 tys. pacjentów żyje dziś z konsekwencjami takiego uszkodzenia. W Polsce co roku odnotowuje się od kilkuset do nawet ponad tysiąca przypadków uszkodzeń rdzenia kręgowego. Najczęściej podaje się liczbę ok. 800 nowych urazów rocznie, choć w literaturze można spotkać szacunki 600-1200 przypadków. Szczególnie niebezpieczne są urazy odcinka szyjnego, które stanowią blisko połowę wszystkich przypadków i wiążą się z ryzykiem całkowitego paraliżu oraz poważnych powikłań ze strony układu oddechowego i krążenia.
Czytaj też: Robot niemal odciął mu głowę. Lekarze w Chinach dokonali niemożliwego
W wyniku przerwania włókien nerwowych dochodzi do paraliżu, utraty czucia i funkcji fizjologicznych, a dotychczas medycyna nie była w stanie całkowicie odwrócić tych skutków. Problemem jest nie tylko masowa śmierć neuronów w miejscu urazu, ale również brak zdolności aksonów do ponownego wzrostu przez bliznę i zniszczone tkanki.
Rusztowanie organoidowe pomaga połączyć rdzeń kręgowy
Nowa metoda opracowana w University of Minnesota Twin Cities łączy trzy technologie: biologię komórek macierzystych, hodowle tkankowe oraz druk 3D. Badacze zaprojektowali tzw. rusztowanie organoidowe, przypominające miniaturowy kręgosłup, w którego strukturze umieszczono mikroskopijne kanały. To one pełnią kluczową funkcję: nadają kierunek wzrostu komórkom nerwowym i zapewniają, że powstające aksony rozwijają się w sposób uporządkowany. W kanałach zasiano komórki progenitorowe rdzenia kręgowego (sNPCs), które uzyskano z ludzkich dorosłych komórek macierzystych. Mają one zdolność zarówno do podziałów, jak i różnicowania się w konkretne typy neuronów.
Czytaj też: Koenzym Q10 w nowej roli. Sparaliżowany chłopiec znów chodzi o własnych siłach
Jak podkreśla pierwszy autor pracy, dr Guebum Han, obecnie związany z Intel Corporation:
Wykorzystujemy drukowane w 3D kanały rusztowania do kierowania wzrostem komórek macierzystych. Dzięki temu nowe włókna nerwowe rozwijają się w pożądanym kierunku. Tworzymy w ten sposób system przekaźnikowy, który po wszczepieniu do rdzenia kręgowego omija uszkodzoną tkankę.
Badacze przetestowali rusztowania organoidowe na szczurach, u których rdzeń kręgowy został całkowicie przecięty. Wyniki przerosły oczekiwania – wszczepione komórki różnicowały się w dojrzałe neurony i wypuszczały aksony zarówno rostralnie (w stronę głowy), jak i kaudalnie (w stronę ogona). Co więcej, włókna te integrowały się z istniejącymi obwodami nerwowymi gospodarza, tworząc funkcjonalne połączenia. Z czasem obserwowano wyraźną poprawę sprawności ruchowej zwierząt, co potwierdziło, że nowa tkanka nie tylko przeżywa w organizmie, ale także aktywnie odbudowuje przerwaną sieć nerwową.
Prof. Ann Parr z Katedry Neurochirurgii University of Minnesota, współautorka pracy, nie kryje entuzjazmu:
Medycyna regeneracyjna otworzyła nową erę badań nad urazami rdzenia kręgowego. Nasze laboratorium z ogromnym zainteresowaniem patrzy w przyszłość i potencjał kliniczny naszych „minirdzeni”.
Choć wyniki opisane w Advanced Healthcare Materials są obiecujące, droga do zastosowania klinicznego pozostaje długa. Naukowcy muszą jeszcze rozwiązać problem skalowania produkcji takich rusztowań, ich stabilności w ludzkim organizmie oraz długoterminowej funkcjonalności po przeszczepie. Istotne będzie też sprawdzenie bezpieczeństwa – wszczepione komórki muszą różnicować się w pożądane typy neuronów bez ryzyka powstawania niekontrolowanych skupisk komórkowych czy guzów. Niemniej jednak sam fakt, że neurony potrafią odbudować połączenia w przeciętym rdzeniu kręgowym i prowadzą do odzyskania części sprawności, jest uważany za przełom.
