Τραυματισμός νωτιαίου μυελού (SCI): Εκμετάλλευση βιοενεργών ικριωμάτων για την αποκατάσταση της λειτουργίας

Αυτοσυναρμολογούμενες νανοδομές που σχηματίστηκαν με χρήση υπερμοριακών πολυμερών που περιέχουν αμφίφιλα πεπτίδια (PAs) που περιέχουν βιοδραστικές αλληλουχίες έχουν δείξει εξαιρετικά αποτελέσματα στο μοντέλο SCI σε ποντίκια και υπόσχονται τεράστια υποσχέσεις, στους ανθρώπους, για μια αποτελεσματική θεραπεία αυτής της εξουθενωτικής κατάστασης που επηρεάζει σοβαρά την ποιότητα ζωής και την ψυχική υγεία των προσβεβλημένων ατόμων, καθώς και των μελών των οικογενειών τους και αποτελεί σοβαρή επιβάρυνση για το σύστημα υγείας και κοινωνικής φροντίδας. 

A νωτιαίος μυελός τραυματισμός, που συχνά προκαλείται από ξαφνικό χτύπημα ή κόψιμο στη σπονδυλική στήλη, οδηγεί σε μόνιμη απώλεια δύναμης, αίσθησης και λειτουργίας κάτω από το σημείο του τραυματισμού. Παρόλο που δεν υπάρχει καθιερωμένη θεραπεία για τέτοιους τραυματισμούς, έχουν δημοσιευτεί πληθώρα ερευνητικών άρθρων για την κατανόηση της μοριακής παθολογίας των τραυματισμών της σπονδυλικής στήλης και για προτάσεις για την αναγέννηση του προσβεβλημένου ιστού, προωθώντας έτσι τη λειτουργική αποκατάσταση και στη συνέχεια επιτρέποντας στους ανθρώπους να οδηγούν μια πιο παραγωγική και ανεξάρτητη ζωή. Η πρόοδος στην επιστήμη και την τεχνολογία της κατανόησης των μοριακών μηχανισμών που κρύβονται πίσω από την κάκωση του νωτιαίου μυελού και οι υποδεικτικές θεραπευτικές προσεγγίσεις, εκτός από τις συσκευές αποκατάστασης και υποβοήθησης, θα συμβάλουν σημαντικά στην ανάρρωση των ανθρώπων από τέτοιου είδους οξεία τραύματα και θα τους βοηθήσουν να οδηγήσουν περισσότερο ουσιαστική ζωή. 

Σε ένα πρόσφατο άρθρο που δημοσιεύτηκε στο Science στις 11 Νοεμβρίου 2021, ο Alvarez και οι συνεργάτες του δοκίμασαν υπερμοριακά πολυμερή που περιέχουν πεπτιδικά αμφίφιλα (PAs), σε ένα μοντέλο ποντικού με παραλυτική βλάβη του ανθρώπινου νωτιαίου μυελού (SCI).^1. Αυτά τα PA περιείχαν δύο οριστικά σήματα, το πρώτο ενεργοποιεί τον διαμεμβρανικό υποδοχέα β1-ιντεγκρίνη και ένα δεύτερο ενεργοποιεί τον βασικό υποδοχέα αυξητικού παράγοντα 2 ινοβλαστών. Τα αμφίφιλα πεπτίδια (PAs) είναι μικρά μόρια που περιέχουν υδρόφοβα συστατικά ομοιοπολικά συνδεδεμένα με μια σειρά αμινοξέων (πεπτίδια). Η πεπτιδική αλληλουχία μπορεί να σχεδιαστεί για να σχηματίζει β-φύλλα, ενώ τα υπολείμματα πιο μακριά από την ουρά φορτίζονται για να προάγουν τη διαλυτότητα και μπορεί να περιέχουν μια βιοδραστική αλληλουχία. Κατά τη διάλυσή τους στο νερό, αυτά τα PA υφίστανται σχηματισμό β-φύλλων και υδρόφοβη κατάρρευση των αλειφατικών ουρών και επάγουν τη συναρμολόγηση των μορίων σε υπερμοριακές μονοδιάστατες νανοδομές (π.χ. κυλινδρικές ή νανοΐνες που μοιάζουν με κορδέλα με υψηλή αναλογία). Η συναρμολόγηση συνήθως προκαλείται από μεταβαλλόμενη συγκέντρωση, pH και εισαγωγή δισθενών κατιόντων^2,3. Αυτές οι νανοδομές είναι εξαιρετικά σημαντικές για βιοϊατρικές λειτουργίες λόγω της ικανότητάς τους να εμφανίζουν υψηλή πυκνότητα βιολογικών σημάτων στην επιφάνειά τους για στόχευση ή ενεργοποίηση μονοπατιών. 

Με τη δημιουργία μεταλλάξεων στην πεπτιδική αλληλουχία στη μη σηματοδοτική, μη βιοδραστική περιοχή, παρατηρήθηκε έντονη υπερμοριακή κίνηση εντός των νανοϊνών, βελτιώνοντας έτσι την ανάκτηση από την SCI. Η μετάλλαξη με την υψηλότερη έντονη δυναμική, οδήγησε όχι μόνο σε αναγέννηση και μυελίωση του άξονα, αλλά οδήγησε επίσης σε σχηματισμό αιμοφόρων αγγείων (επαναγγείωση) και επιβίωση κινητικού νευρώνα. 

Αυτά τα υπερμοριακά πολυμερή που περιέχουν πεπτιδικά αμφίφιλα (PAs) υπόσχονται επομένως πολλά στο να βοηθήσουν τους ανθρώπους να αναρρώσουν από ΚΝΜ, κάτι που μπορεί να έχει καταστροφικές επιπτώσεις στη ζωή των ασθενών, τόσο σωματικά όσο και συναισθηματικά. Επιπλέον, αυτές οι αυτοσυναρμολογούμενες νανοδομές, κατασκευασμένες από υπερμοριακά πολυμερή που περιέχουν πεπτιδικά αμφίφιλα (PAs), μπορούν να αξιοποιηθούν για διάφορες βιοϊατρικές εφαρμογές όπως φάρμακο τον τοκετό, την οστική αναγέννηση και τη μείωση της απώλειας αίματος κατά την εσωτερική αιμορραγία. 

*** 

αναφορές 

1. Álvarez Z., et αϊ 2021. Τα βιοενεργά ικριώματα με ενισχυμένη υπερμοριακή κίνηση προάγουν την ανάρρωση από τραυματισμό του νωτιαίου μυελού. Επιστήμη. Published 11 Nov 2021. Vol 374, Issue 6569. σελ. 848-856. DOI: https://doi.org/10.1126/science.abh3602 

2. Hartgerink, JD; Beniash, Ε.; Stupp, SI Peptide-Amphiphile Nanofibers: a Versatile Scaffold for the Preparation of Self-Assembling Materials. Proc. Natl. Ακαδ. Sci. ΗΠΑ 2002, 99, 5133– 5138, DOI: https://doi.org/10.1073/pnas.072699999 

3. Pashuck, ET; Cui, Η.; Stupp, SI Tuning Supramolecular Stigidity of Peptide Fiber Through Molecular Structure. Μαρμελάδα. Chem. Soc. 2010, 132, 6041– 6046, DOI: https://doi.org/10.1021/ja908560n 

***