ในการศึกษาครั้งใหม่ นักวิจัยได้ทำการฉีดเพียงครั้งเดียวไปยังเนื้อเยื่อรอบๆ ไขสันหลังของหนูที่เป็นอัมพาต เพียงสี่สัปดาห์ต่อมา สัตว์เหล่านี้ก็สามารถเดินได้อีกครั้ง

การวิจัยจะได้รับการตีพิมพ์ใน 12 พฤศจิกายนปัญหาของวารสารวิทยาศาสตร์

โดยการส่งสัญญาณที่ออกฤทธิ์ทางชีวภาพเพื่อกระตุ้นเซลล์ให้ซ่อมแซมและสร้างใหม่ การบำบัดแบบก้าวหน้าช่วยปรับปรุงเส้นประสาทไขสันหลังที่บาดเจ็บสาหัสได้อย่างมากในห้าวิธีหลัก: (1) ส่วนขยายของเซลล์ประสาทที่เรียกว่าแอกซอนถูกสร้างใหม่; (2) เนื้อเยื่อแผลเป็นซึ่งสามารถสร้างอุปสรรคทางกายภาพต่อการฟื้นฟูและซ่อมแซม ลดลงอย่างมาก; (3) ไมอีลิน ชั้นฉนวนของซอนที่มีความสำคัญในการส่งสัญญาณไฟฟ้าอย่างมีประสิทธิภาพ ปฏิรูปรอบเซลล์ (4) หลอดเลือดที่ทำหน้าที่ส่งสารอาหารไปยังเซลล์บริเวณที่เกิดการบาดเจ็บ และ (5) เซลล์ประสาทสั่งการมีชีวิตรอดมากขึ้น

หลังจากการบำบัดทำงาน วัสดุย่อยสลายทางชีวภาพเป็นสารอาหารสำหรับเซลล์ภายใน 12 สัปดาห์ แล้วหายไปจากร่างกายโดยสมบูรณ์โดยไม่มีผลข้างเคียงที่เห็นได้ชัดเจน นี่เป็นการศึกษาครั้งแรกที่นักวิจัยควบคุมการเคลื่อนที่ของโมเลกุลผ่านการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างทางเคมีเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพในการรักษา

“การวิจัยของเรามีจุดมุ่งหมายเพื่อค้นหาวิธีบำบัดที่สามารถป้องกันไม่ให้บุคคลกลายเป็นอัมพาตหลังจากการบาดเจ็บหรือโรคร้ายแรง” ซามูเอล ไอ. สตัปป์แห่งนอร์ธเวสเทิร์น ซึ่งเป็นผู้นำการศึกษากล่าว "เป็นเวลาหลายทศวรรษแล้วที่สิ่งนี้ยังคงเป็นความท้าทายที่สำคัญสำหรับนักวิทยาศาสตร์ เนื่องจากระบบประสาทส่วนกลางของร่างกาย ซึ่งรวมถึงสมองและไขสันหลังไม่มีความสามารถที่สำคัญในการซ่อมแซมตัวเองหลังจากได้รับบาดเจ็บหรือหลังจากเริ่มมีอาการของโรคความเสื่อม เรากำลังดำเนินการ ส่งตรงไปยังองค์การอาหารและยาเพื่อเริ่มกระบวนการเพื่อให้การรักษาแบบใหม่นี้ได้รับการอนุมัติสำหรับใช้ในผู้ป่วยที่เป็นมนุษย์ ซึ่งปัจจุบันมีทางเลือกในการรักษาน้อยมาก"

Stupp เป็นกรรมการมูลนิธิศาสตราจารย์ด้านวัสดุศาสตร์และวิศวกรรมศาสตร์ เคมี แพทยศาสตร์ และวิศวกรรมชีวการแพทย์ที่ Northwestern ซึ่งเขาเป็นผู้ก่อตั้งสถาบัน Simpson Querrey Institute for BioNanotechnology (SQI) และศูนย์วิจัยในเครือคือ Center for Regenerative Nanomedicine เขาได้รับการแต่งตั้งใน McCormick School of Engineering, Weinberg College of Arts and Sciences และ Feinberg School of Medicine

อายุขัยไม่ดีขึ้นตั้งแต่ทศวรรษ 1980

ตามข้อมูลของศูนย์สถิติการบาดเจ็บไขสันหลังแห่งชาติ เกือบ 300,000 คนกำลังอาศัยอยู่กับอาการบาดเจ็บไขสันหลังในสหรัฐอเมริกา ชีวิตของผู้ป่วยเหล่านี้อาจเป็นเรื่องยากเป็นพิเศษ น้อยกว่า 3% ของผู้ที่ได้รับบาดเจ็บอย่างสมบูรณ์เคยฟื้นการทำงานทางกายภาพขั้นพื้นฐาน และอีกประมาณ 30% จะเข้ารับการรักษาในโรงพยาบาลอีกครั้งอย่างน้อยหนึ่งครั้งในปีใดก็ตามหลังจากการบาดเจ็บครั้งแรก ซึ่งคิดเป็นมูลค่าหลายล้านดอลลาร์สำหรับค่ารักษาพยาบาลตลอดชีวิตโดยเฉลี่ยต่อผู้ป่วยหนึ่งราย อายุขัยของผู้ที่มีอาการบาดเจ็บที่ไขสันหลังนั้นต่ำกว่าคนที่ไม่มีอาการบาดเจ็บที่ไขสันหลังอย่างเห็นได้ชัด และไม่ดีขึ้นตั้งแต่ช่วงทศวรรษ 1980

“ปัจจุบันยังไม่มียารักษาโรคที่กระตุ้นให้เกิดการงอกใหม่ของไขสันหลัง” Stupp ผู้เชี่ยวชาญด้านเวชศาสตร์ฟื้นฟูกล่าว "ฉันต้องการสร้างความแตกต่างในผลลัพธ์ของการบาดเจ็บไขสันหลังอักเสบและเพื่อจัดการกับปัญหานี้ เนื่องจากผลกระทบที่อาจเกิดขึ้นอย่างมากต่อชีวิตของผู้ป่วย นอกจากนี้ วิทยาศาสตร์ใหม่ในการจัดการอาการบาดเจ็บที่ไขสันหลังอาจส่งผลต่อกลยุทธ์สำหรับโรคทางระบบประสาท และโรคหลอดเลือดสมอง"

"โมเลกุลเต้นรำ" พุ่งชนเป้าหมายที่กำลังเคลื่อนที่

ความลับเบื้องหลังการรักษาแบบใหม่ของ Stupp คือการปรับการเคลื่อนไหวของโมเลกุล เพื่อให้พวกเขาสามารถค้นหาและมีส่วนร่วมกับตัวรับเซลล์ที่เคลื่อนที่ตลอดเวลาได้อย่างเหมาะสม เมื่อฉีดเป็นของเหลว การบำบัดจะเข้าสู่เครือข่ายนาโนไฟเบอร์ที่ซับซ้อนทันที ซึ่งเลียนแบบเมทริกซ์นอกเซลล์ของไขสันหลัง โดยการจับคู่โครงสร้างของเมทริกซ์ การเลียนแบบการเคลื่อนที่ของโมเลกุลทางชีววิทยา และการรวมสัญญาณสำหรับตัวรับ ทำให้วัสดุสังเคราะห์สามารถสื่อสารกับเซลล์ได้

"ตัวรับในเซลล์ประสาทและเซลล์อื่น ๆ เคลื่อนที่อยู่ตลอดเวลา" Stupp กล่าว "นวัตกรรมที่สำคัญในการวิจัยของเราซึ่งไม่เคยมีมาก่อนคือการควบคุมการเคลื่อนที่ร่วมกันของโมเลกุลมากกว่า 100,000 ภายในเส้นใยนาโนของเรา โดยทำให้โมเลกุลเคลื่อนที่ "เต้น" หรือแม้แต่กระโดดออกจากโครงสร้างเหล่านี้ชั่วคราวที่เรียกว่า โพลีเมอร์ซุปเปอร์โมเลกุล พวกมันสามารถเชื่อมต่อกับตัวรับได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้น"

Stupp และทีมของเขาพบว่าการปรับการเคลื่อนไหวของโมเลกุลภายในเครือข่ายนาโนไฟเบอร์เพื่อให้มีความว่องไวมากขึ้นส่งผลให้มีประสิทธิภาพในการรักษามากขึ้นในหนูที่เป็นอัมพาต พวกเขายังยืนยันด้วยว่าสูตรการบำบัดด้วยการเคลื่อนไหวของโมเลกุลที่ได้รับการปรับปรุงทำงานได้ดีขึ้นในระหว่างการทดสอบในหลอดทดลองกับเซลล์ของมนุษย์ ซึ่งบ่งชี้ถึงการออกฤทธิ์ทางชีวภาพที่เพิ่มขึ้นและการส่งสัญญาณของเซลล์

"เนื่องจากเซลล์และตัวรับของพวกมันมีการเคลื่อนไหวตลอดเวลา คุณสามารถจินตนาการได้ว่าโมเลกุลที่เคลื่อนที่เร็วขึ้นจะพบกับตัวรับเหล่านี้บ่อยขึ้น" Stupp กล่าว "ถ้าโมเลกุลมีความเฉื่อยและไม่เป็น "สังคม" พวกมันอาจไม่เคยสัมผัสกับเซลล์"

ฉีดครั้งเดียว สองสัญญาณ

เมื่อเชื่อมต่อกับตัวรับแล้ว โมเลกุลที่เคลื่อนที่จะกระตุ้นสัญญาณการเรียงซ้อนสองสัญญาณ ซึ่งทั้งสองอย่างนี้มีความสำคัญต่อการซ่อมแซมไขสันหลัง สัญญาณหนึ่งกระตุ้นหางยาวของเซลล์ประสาทในไขสันหลังที่เรียกว่าแอกซอนเพื่อสร้างใหม่ เช่นเดียวกับสายไฟฟ้า ซอนส่งสัญญาณระหว่างสมองกับส่วนอื่นๆ ของร่างกาย แอกซอนที่แตกหรือเสียหายอาจส่งผลให้สูญเสียความรู้สึกในร่างกายหรือแม้กระทั่งเป็นอัมพาต ในทางกลับกัน การซ่อมแซมแอกซอนจะช่วยเพิ่มการสื่อสารระหว่างร่างกายและสมอง

สัญญาณที่สองช่วยให้เซลล์ประสาทสามารถอยู่รอดได้หลังจากได้รับบาดเจ็บ เพราะมันทำให้เซลล์ประเภทอื่นๆ เพิ่มจำนวนขึ้น ส่งเสริมการงอกใหม่ของหลอดเลือดที่สูญเสียไปซึ่งหล่อเลี้ยงเซลล์ประสาทและเซลล์ที่สำคัญสำหรับการซ่อมแซมเนื้อเยื่อ การบำบัดยังกระตุ้นให้ไมอีลินสร้างใหม่รอบๆ แอกซอน และลดการเกิดแผลเป็นจากเกลีย ซึ่งทำหน้าที่เป็นเกราะป้องกันทางกายภาพที่ป้องกันไม่ให้ไขสันหลังหาย

Zaida Álvarez ผู้เขียนคนแรกของการศึกษาและอดีตผู้ช่วยศาสตราจารย์วิจัย กล่าวว่า "สัญญาณที่ใช้ในการศึกษานี้เลียนแบบโปรตีนธรรมชาติซึ่งจำเป็นต่อการกระตุ้นการตอบสนองทางชีวภาพที่ต้องการ อย่างไรก็ตาม โปรตีนมีครึ่งชีวิตที่สั้นมากและมีราคาแพงในการผลิต" ในห้องทดลองของ Stupp "สัญญาณสังเคราะห์ของเราเป็นเปปไทด์สั้นที่ถูกดัดแปลง ซึ่งเมื่อพันเข้าด้วยกันแล้ว จะอยู่รอดเป็นเวลาหลายสัปดาห์เพื่อให้ออกฤทธิ์ทางชีวภาพ ผลลัพธ์ที่ได้คือการบำบัดที่ถูกกว่าในการผลิตและใช้งานได้ยาวนานกว่ามาก"

แอปพลิเคชั่นสากล

ในขณะที่การรักษาแบบใหม่สามารถใช้เพื่อป้องกันอัมพาตหลังจากการบาดเจ็บร้ายแรง (อุบัติเหตุทางรถยนต์ การหกล้ม อุบัติเหตุจากการเล่นกีฬา และบาดแผลจากกระสุนปืน) รวมทั้งจากโรคต่างๆ Stupp เชื่อว่าการค้นพบที่ซ่อนอยู่นั้น - "การเคลื่อนไหวเหนือโมเลกุล" เป็นปัจจัยสำคัญในการออกฤทธิ์ทางชีวภาพ - - สามารถใช้กับการรักษาและเป้าหมายอื่น ๆ ได้

"เนื้อเยื่อของระบบประสาทส่วนกลางที่เราสร้างขึ้นมาใหม่ได้สำเร็จในไขสันหลังที่ได้รับบาดเจ็บนั้นคล้ายคลึงกับเนื้อเยื่อในสมองที่ได้รับผลกระทบจากโรคหลอดเลือดสมองและโรคทางระบบประสาท เช่น ALS โรคพาร์กินสัน และโรคอัลไซเมอร์" สตุปป์กล่าว "ยิ่งไปกว่านั้น การค้นพบพื้นฐานของเราเกี่ยวกับการควบคุมการเคลื่อนที่ของชุดโมเลกุลเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการส่งสัญญาณของเซลล์ ยังสามารถนำมาใช้กับเป้าหมายด้านชีวการแพทย์ได้ในระดับสากล"

ผู้เขียนศึกษาทางตะวันตกเฉียงเหนือคนอื่น ๆ ได้แก่ Evangelos Kiskinis ผู้ช่วยศาสตราจารย์ด้านประสาทวิทยาและประสาทวิทยาใน Feinberg; ช่างเทคนิคการวิจัย Feng Chen; นักวิจัยหลังปริญญาเอก Ivan Sasselli, Alberto Ortega และ Zois Syrgiannis; และนักศึกษาระดับบัณฑิตศึกษา Alexandra Kolberg-Edelbrock, Ruomeng Qiu และ Stacey Chin Peter Mirau จาก Air Force Research Laboratories และ Steven Weigand จาก Argonne National Laboratory ก็เป็นผู้เขียนร่วมด้วยเช่นกันบาคาร่า สมัครบาคาร่า