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【Science】一针即可!调动分子“跳舞”,低成本逆转瘫痪,成功修复脊髓损伤!

首页 » 《转》译 2021-11-12 转化医学网 赞(7)
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导读
美国西北大学(Northwestern University)的研究人员已经开发出了一种新的注射疗法,利用“跳舞分子”来逆转瘫痪,在严重的脊髓损伤后修复组织。在一项新的研究中,研究人员对瘫痪小鼠脊髓周围的组织进行了一次注射。仅四周后,瘫痪小鼠就恢复了行走能力。

这项研究于昨日(11月11日)发表在《Science》上,文章名为“Bioactive scaffolds with enhanced supramolecular motion promote recovery from spinal cord injury”。

https://www.science.org/doi/10.1126/science.abh3602


通过发送生物活性信号来触发细胞修复和再生,这种突破性疗法显著改善了严重损伤的脊髓,具体体现在以下五个关键方面:

1、被切断的神经元延伸,即轴突可以再生

2、对再生和修复造成物理障碍的瘢痕组织明显减少

3、轴突的绝缘层髓磷脂,对有效传输电信号非常重要,在细胞周围重建

4、形成功能性血管,为损伤部位的细胞输送营养

5、更多的运动神经元存活下来


治疗完成后,这些物质会在12周内生物降解为细胞的营养物质,然后从体内完全消失,且没有明显的副作用。这是研究人员首次通过改变化学结构来控制分子的集体运动,从而提高治疗效果。


主导这项研究的西北大学的Samuel I. Stupp说,“我们的研究旨在找到一种疗法,可以防止人们在遭受重大创伤或疾病后瘫痪。几十年来,这一直是科学家们面临的一个重大挑战。因为我们的中枢神经系统,包括大脑和脊髓,在受伤后或退行性疾病发作后,没有任何显著的自我修复能力。我们将直接向FDA申请批准这种新疗法用于人类患者,目前他们的治疗方法几乎没得选。”


Stupp是西北大学材料科学与工程、化学、医学和生物医学工程的董事会教授,也是Simpson Querrey生物纳米技术研究所(SQI)及其附属研究中心再生纳米医学中心的创办负责人。他在麦考密克工学院(McCormick School of Engineering)、温伯格文理学院(Weinberg College of Arts and Sciences)和范伯格医学院(Feinberg School of Medicine)任职。


根据美国国家脊髓损伤统计中心的数据,美国目前有近30万人患有脊髓损伤。对这些患者来说,生活可能是极其困难的。只有不到3%的完全性脊髓损伤患者能够恢复基本的身体功能。大约有30%的患者在受伤后,每年最少要住一次院,每位患者的平均终身医疗费用高达数百万美元。脊髓损伤患者的平均寿命明显低于无脊髓损伤的人,自20世纪80年代以来,这一情况一直没有改善。


再生医学专家Stupp说,“目前,还没有触发脊髓再生的疗法。考虑到脊髓损伤可能会对患者的生活产生巨大的影响,我想改变这一状况,解决这个问题。此外,对脊髓损伤的研究可能也会对神经退行性疾病和中风的治疗产生影响。”


“跳舞分子”与移动受体结合

Stupp的突破性新疗法背后的秘密是调节分子的运动,这样分子就能遇到不断移动的细胞受体,并与其结合。这种疗法以液体的形式注射后,就会立刻凝结成一个复杂的纳米纤维网络,模仿脊髓的细胞外基质


Stupp说,“神经元和其他细胞中的受体不断移动,我们研究的关键创新点是控制纳米纤维中10万个分子的集体运动,这是以前从未有过的。使分子移动、‘跳舞’,能够更有效地与受体结合。”


Stupp及其团队发现,微调纳米纤维网络中的分子运动,使其更加灵活,可以在瘫痪小鼠身上产生更好的治疗效果。


Stupp说,“考虑到细胞本身和它们的受体都在不断运动,那么运动得越快的分子遇到这些受体的频率就越高。如果这些分子行动迟缓,不‘社交’,那就可能永远都不会遇到细胞。”


一次注射,两个信号

一旦与受体结合,运动分子就会触发两个级联信号,这两个信号都对脊髓的修复至关重要。一个信号促使脊髓中被称作轴突的神经元的长尾再生。类似于电缆,轴突在大脑和身体其他部位之间发送信号,轴突断裂或受损会导致身体失去知觉,甚至瘫痪。此外,修复轴突还可以增加身体和大脑之间的交流。


第二个信号帮助神经元在受伤后存活下来,因为这个信号会使其他类型的细胞增殖,促进血管再生,为神经元和进行组织修复的关键细胞提供营养。该疗法还诱导髓磷脂在轴突周围重建,减少胶质瘢痕(阻止脊髓愈合的物理屏障)。


“研究中利用的信号模拟了诱导所需生物反应所需的天然蛋白质。然而,蛋白质的半衰期极短,且生产成本高,”该研究的第一作者、Stupp实验室的前研究助理教授Zaida Álvarez说。“我们的合成信号是短的、经过修饰的肽,当成千上万的肽结合在一起时,它们可以存活数周以提供生物活性。因此,这个疗法治疗成本更低,且持续时间更长。”


可广泛应用

这种新疗法可以用于防止重大创伤(车祸、跌落、运动事故以及枪伤)和疾病后的瘫痪。此外,Stupp认为,这个潜在的发现——“超分子运动”是生物活性的关键因素,可以应用于其他疾病的疗法和靶点。


Stupp说:“我们在受伤的脊髓中成功再生的中枢神经系统组织与受中风和神经退行性疾病(如ALS、帕金森病和阿尔茨海默病)影响的大脑中的组织相似。除此之外,控制分子集体运动以增强细胞信号传导的基本发现,可以普遍应用于生物医学靶点。”(转化医学网360zhyx.com)


参考资料:

https://medicalxpress.com/news/2021-11-molecules-successfully-severe-spinal-cord.html

注:本文旨在介绍医学研究进展,不能作为治疗方案参考。如需获得健康指导,请至正规医院就诊。

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