Κατασκευάζοντας ένα χαμόγελο με βλαστοκύτταρα

Μια έκφραση τόσο απλή όσο ένα χαμόγελο μπορεί συχνά να μεταφέρει αυτό που οι λέξεις δεν μπορούν. Αυτή είναι η απάντηση γιατί η μη λεκτική επικοινωνία είναι τόσο σημαντική στην ανθρώπινη αλληλεπίδραση. Αυτός είναι επίσης ο λόγος που οι διαταραχές και οι τραυματισμοί των νεύρων του προσώπου μπορεί να είναι καταστροφικοί.

Οι καταστάσεις αυτές συνήθως αντιμετωπίζονται με νευρικό ιστό που λαμβάνεται από κάποιο άλλο σημείο από το σώμα του ασθενούς, γνωστά ως αυτομοσχεύματα. Αυτή η τεχνική για την αποκατάσταση τραυματισμένων νεύρων παρουσιάζει προβλήματα για τους ασθενείς, όπως βλάβη στο σημείο του δότη και οι πιθανότητες λειτουργικής ανάκαμψης να είναι πολύ μικρές. Συνθετικές εναλλακτικές λύσεις έχουν διερευνηθεί στο παρελθόν, αλλά δεν έχουν ακόμη ανταποκριθεί στην απόδοση των αυτομοσχευμάτων.

Επιστήμονες του Πανεπιστημίου του Πίτσμπουργκ υποστηρίζουν ότι πιθανόν να έχουν αναπτύξει μια νέα λύση με τη βοήθεια μερικών από τους καλύτερους μηχανικούς της φύσης, τα βλαστικά κύτταρα. Αξιοποιώντας την ικανότητα αυτών των κυττάρων να δημιουργούν ένα περιβάλλον αποκατάστασης, η ομάδα παρήγαγε εμφυτεύσιμους αγωγούς για να λειτουργήσουν ως γέφυρες, παρέχοντας κατευθυντική, μηχανική και βιοχημική καθοδήγηση στα τραυματισμένα νεύρα ώστε να αναγεννηθούν σε μεγάλα κενά.

Πειράματα στα νεύρα του προσώπου αρουραίων έδειξαν ότι η τεχνολογία ταίριαζε με αυτομοσχεύματα. Αυτά τα αποτελέσματα δημοσιεύτηκαν στο Journal of Neural Engineering.

«Λάβαμε υπόψη μας ότι τα κύτταρα ξέρουν τι κάνουν και ξέρουν πώς να κάνουν ιστό», δήλωσε η καθηγήτρια στοματικής και κρανιοπροσωπικής επιστήμης και βιομηχανικής Fatima Syed-Picard, Ph.D. και συγγραφέας της μελέτης. «Αυτοί οι κατασκευασμένοι ιστοί κατέληξαν να είναι πιο βιομιμητικοί από πολλά άλλα συνθετικές “σκαλωσιές” που χρησιμοποιούνται στη μηχανική ιστών».

Λήψη νευρώνων στη σειρά

Για να επιδιορθωθούν τα νεύρα, οι μακριές προεξοχές που εκτείνονται από τους νευρώνες, που ονομάζονται άξονες, πρέπει να αναπτυχθούν εκ νέου και να επανασυνδεθούν στον κατάλληλο ιστό. Με τα αυτομοσχεύματα, το πρώτο είναι αργό και το δεύτερο δεν αποτελεί εγγύηση, καθώς πολλοί ασθενείς εμφανίζουν ανεπιθύμητη μυϊκή δραστηριότητα λόγω της αναγέννησης των νεύρων που συνδέονται με τον λάθος ιστό.

Οι ερευνητές έχουν χρησιμοποιήσει συγκεκριμένους κυτταρικούς πληθυσμούς για να επιταχύνουν την ανάπτυξη, όπως κύτταρα νευρικής υποστήριξης και βλαστοκύτταρα, τα οποία παράγουν βιομόρια που βοηθούν την αναγέννηση του νευρικού ιστού. Για να προσανατολίσουν τον αναπτυσσόμενο ιστό έτσι ώστε οι άξονες να φτάσουν στους κατάλληλους στόχους, οι ερευνητές σχεδίασαν ικριώματα συνθετικού ιστού με χαρακτηριστικά, όπως αυλάκια, που λειτουργούν ως οδηγοί για την αναγέννηση των νευρώνων.

«Είναι δύσκολο να ενσωματωθούν και να κατανεμηθούν ομοιόμορφα τα κύτταρα σε συνθετικά “ικριώματα” χωρίς να τα βλάψουν. Μια άλλη ανησυχία είναι να προσπαθήσουμε να ταιριάξουμε αυτά τα “ικριώματα” με τη δομική πολυπλοκότητα του έμφυτου ιστού», δήλωσε η συγγραφέας Mich- Drewry, Ph.D., η οποία διεξήγαγε αυτήν την έρευνα ως μεταπτυχιακή φοιτήτρια στο Πανεπιστήμιο του Πίτσμπουργκ.

Πολλοί τύποι κυττάρων στο σώμα συχνά κατασκευάζουν ή αναδιαμορφώνουν τη βιομοριακή “σκαλωσιά” που τους περιβάλλει, γνωστή ως εξωκυτταρική μήτρα (ECM). Έτσι, αντί να φτιάχνουν οι ίδιοι “ικριώματα” ιστού από την αρχή, οι ερευνητές σκέφτηκαν ότι ίσως ήταν καλύτερο να αφήσουν τα κύτταρα να φτιάξουν τα δικά τους.

Οι ερευνητές της μελέτης εξέτασαν αυτή την υπόθεση με βλαστοκύτταρα οδοντικού πολφού (DPSCs), έναν ανθεκτικό και άμεσα διαθέσιμο κυτταρικό πληθυσμό που παράγει πρωτεΐνες οι οποίες είναι γνωστό ότι ενθαρρύνουν την ανάπτυξη των νεύρων. Μετά την εξαγωγή αυτών των κυττάρων από τους φρονιμίτες ενηλίκων που παρασχέθηκαν από τη Σχολή Οδοντιατρικής του Πανεπιστημίου του Πίτσμπουργκ, οι ερευνητές τα έβαλαν να δουλέψουν.

Ήθελαν να δώσουν στα DPSC την ελευθερία να δημιουργήσουν ECM, αλλά, ταυτόχρονα, να τα ωθήσουν να δημιουργήσουν ένα περιβάλλον ευνοϊκό για την υποστήριξη ευθυγραμμισμένων αξόνων. Για να το πετύχουν αυτό, οι ερευνητές κατασκεύασαν καλούπια από καουτσούκ με σειρές αυλακώσεων πλάτους 10 μικρομέτρων και στη συνέχεια τα κάλυψαν με DPSC. Μετά από αρκετές ημέρες, τα DPSC εκκρίνουν ευθυγραμμισμένα ECM γύρω τους, σχηματίζοντας λεπτά βιολογικά φύλλα. Στη συνέχεια, οι ερευνητές ξεφλούδισαν τα φύλλα από τα ελαστικά πρότυπα και τα τύλιξαν σε κυλινδρικούς αγωγούς.

Οι επιστήμονες χρησιμοποίησαν αυτή την προσέγγιση για να φτιάξουν έναν τύπο επιδέσμου, σε μια προηγούμενη μελέτη, η οποία αναγέννησε με επιτυχία τους άξονες ενός σπασμένου νεύρου. Με τη νέα τους δουλειά, προσπάθησαν να ξεπεράσουν ένα υψηλότερο εμπόδιο στη χρήση του αγωγού για να γεφυρώσουν ένα κενό 5 χιλιοστών στο νεύρο του προσώπου των αρουραίων, ένα ελάττωμα τόσο μεγάλο που το νεύρο δεν θα μπορούσε να επουλώσει από μόνο του.

Συγκεκριμένα, εμφύτευσαν τους ευθυγραμμισμένους αγωγούς τους σε κενά που έγιναν στον παρειακό κλάδο του προσωπικού νεύρου. Για σύγκριση, η ομάδα εμφύτευσε επίσης αυτομοσχεύματα σε μια άλλη ομάδα αρουραίων.

Για να επιβεβαιώσουν ότι οι νευρικοί αγωγοί τους περιείχαν ευθυγραμμισμένες αυλακώσεις για την καθοδήγηση της αναγέννησης των νεύρων, οι ερευνητές χρησιμοποίησαν ηλεκτρονικό μικροσκόπιο σάρωσης.

«Ο στοματικός κλάδος είναι το τμήμα του νεύρου του προσώπου που βοηθά στο χαμόγελο. Είναι ένα μεγάλο μέρος της ποιότητας της ζωής σας, επειδή είναι ένα μεγάλο κομμάτι του τρόπου επικοινωνίας με τους άλλους ανθρώπους και του τρόπου με τον οποίο σας βλέπουν στον κόσμο. Τραυματισμός σε αυτό νεύρο μπορεί να έχει μια επίδραση που αλλάζει τη ζωή», ανέφερε η Dr. Drewry.

Διασχίζοντας τη γέφυρα

Δώδεκα εβδομάδες μετά την εμφύτευση, οι ερευνητές αξιολόγησαν πόσο καλά είχαν αναγεννηθεί οι άξονες, κυρίως μέσω της ιστολογίας. Διαπίστωσαν ότι οι κυτταρικοί αγωγοί τους περιείχαν αναγεννημένους άξονες σε όλο τους το μήκος. Η πυκνότητα και ο αριθμός των αξόνων ήταν παρόμοια με αυτά που βρήκαν στα αυτομοσχεύματα.

“Οι δείκτες ανάπτυξης αξόνων ήταν διαδεδομένοι στους αγωγούς, υποδηλώνοντας ότι η αναγέννηση μπορεί να ήταν πιο ισχυρή με επιπλέον χρόνο”, σημείωσε η Dr. Drewry.

Αλλά όλος αυτός ο αναγεννημένος ιστός μεταφράστηκε σε βελτιωμένη λειτουργία; Για να το ανακαλύψουν, οι επιστήμονες διέγειραν ηλεκτρικά τα νεύρα στο ένα άκρο και μέτρησαν την κίνηση των μουστακιών των ζώων στην άλλη πλευρά. Οι δοκιμές έδειξαν ότι οι κινήσεις των αρουραίων που εμφυτεύτηκαν με αγωγούς ήταν ίδιες με αυτές που υποβλήθηκαν σε θεραπεία με αυτομοσχεύματα.

Το εργαστήριο της Syed-Picard στοχεύει να κατανοήσει καλύτερα τους ρόλους της ECM και των κυττάρων στη θεραπεία και στη συνέχεια να χρησιμοποιήσει αυτές τις πληροφορίες για να βελτιώσει την τεχνολογία τους. “Για παράδειγμα, εκτός από την άμεση ενθάρρυνση της αναγέννησης, οι αγωγοί μπορεί επίσης να βοηθήσουν με την άμβλυνση της φλεγμονής”, εξήγησε η Dr. Syed-Picard.