5 Minutės
Elektrinis makrofagų moduliavimas skatina audinių gijimą
Trinity College Dubline mokslininkų komanda parodė, kad tikslinga elektrinė stimuliacija gali pakeisti žmogaus makrofagų elgseną — imuninės sistemos ląstelių, svarbių tiek infekcijų kontrolei, tiek audinių gijimui — ir perkelti jas į priešuždegiminį, gijimą skatinantį būvį. Šį atradimą, paskelbtą žurnale Cell Reports Physical Science, galima interpretuoti kaip bioelektrinį požiūrį, galintį papildyti vaistų ir ląstelių terapijas žaizdų bei uždegiminių būklių gydymui.
Trinity College Dubline atlikta komanda nustatė, kad elektrinė stimuliacija gali perprogramuoti makrofagus taip, kad jie slopintų uždegimą ir spartintų gijimą, taip atverdami kelią naujoms terapinėms galimybėms. Šaltinis: Stock
Makrofagai yra universalios leukocitų rūšys, kurios pašalina patogenus ir atliekas, koordinuoja kitų imuninės sistemos ląstelių veiklą ir gamina molekules, kurios gali skatinti arba nutraukti uždegimą. Kai makrofagų veikla tampa per intensyvi arba netinkamai laiku, uždegimas gali tęstis ir sukelti audinių pažeidimus užuot skatindamas gijimą. Todėl makrofagų fenotipo — funkcinių programų, kurias ląstelė įgyja — valdymas yra prioritetas regeneracinėje medicinoje ir imunologijoje.
Eksperimento dizainas ir metodika
Trinity komanda izoliuodavo žmogaus makrofagus iš sveikų donorų, naudodama kraują, gautą iš Airijos kraujo perpylimo tarnybos St James’s ligoninėje. Ląstelės buvo auginamos specialiai sukurtame bioreaktoriuje, kuris tiekiavo kontroliuojamus elektrinius srautus ir tuo pačiu leido tyrėjams stebėti genų ekspresiją, citokinų gamybą ir kitus funkcinius rodiklius.
Elektriniai režimai ir rodikliai
Tyrėjai išbandė apibrėžtus elektros parametrus (amplitudę, dažnį, trukmę), norėdami nustatyti sąlygas, kurios patikimai perkelia makrofagų aktyvumą. Jie matavo uždegiminio signalizavimo molekules (citokinus), genų, susijusių su angiogeneze (naujų kraujagyslių susidarymu), ekspresiją ir ląstelių gebėjimą pritraukti audiniuose reziduojančias kamienines ląsteles — svarbią regeneracinio atsako dalį.
Panaudodami šiuos rodiklius, komanda identifikavo stimuliacijos režimus, kurie sumažino pro-uždegiminius žymenis ir padidino transkriptus, susijusius su audinių regeneracija ir kraujagyslių augimu. Elektriškai kondicionuoti makrofagai taip pat pagerino progenitorinių ląstelių pritraukimą in vitro, kas atitinka žaizdų gijimą skatinantį fenotipą.
Svarbiausi atradimai ir terapinės pasekmės
Elektrinė stimuliacija nukreipė žmogaus makrofagus link priešuždegiminio, gijimą skatinančio programos. Pastebėti efektai apėmė sumažėjusius uždegiminių signalinių molekulių lygius, padidėjusią angiogeninių genų ekspresiją ir sustiprintą kamieninių ląstelių pritraukimą — visa tai remia spartesnę ir veiksmingesnę audinių regeneraciją.
Pagrindiniai tyrėjai pabrėžia kelias šios strategijos privalumus: eksperimentuose naudotos žmogaus ląstelės, suteikiančios tiesioginį transliacinį aktualumą; elektrinė stimuliacija jau taikoma kai kuriuose klinikiniuose prietaisuose ir gali būti tiekiama dideliu erdviniu tikslumu; bei požiūris gali būti pritaikomas skirtingiems audiniams ir uždegiminėms ligoms, kur makrofagų disfunkcija prisideda prie patologijos.
Profesorius Michael Monaghan ir profesorė Aisling Dunne, vadovavę tarpdisciplininei komandai, pažymi, kad rezultatai pateikia bioelektrinio imuninės sistemos ląstelių moduliavimo principo įrodymą. „Tarp būsimų žingsnių yra pažangesnių elektrinės stimuliacijos režimų tyrimas, siekiant sukurti tikslesnius ir ilgiau trunkančius efektus uždegiminėms ląstelėms, bei naujų medžiagų ir elektrinių laukų tiekimo būdų tyrinėjimas“, – sakė prof. Monaghan. Komanda pabrėžia, kad reikia papildomų studijų mechanizmams nustatyti, parametrams optimizuoti ir saugumo bei veiksmingumo vertinimui in vivo.
Susijusios technologijos ir mokslo kontekstas
Bioelektrinės terapijos — metodai, kurie naudoja elektrinius laukus ar sroves ląstelių elgsenai paveikti — yra sparčiai auganti sritis regeneracinėje medicinoje. Esami prietaisai, pavyzdžiui, elektrinė stimuliacija lėtiniams žaizdoms ar neuromoduliacijos implantai, rodo, kad kontroliuojami elektriniai signalai gali būti klinikiškai įgyvendinami. Elektros moduliacijos derinimas su biomedžiagomis, vaistų tiekimu ar ląstelių terapija gali sukelti sinerginius efektus sudėtingoms žaizdoms, lėtinėms uždegiminėms būklėms ir audinių inžinerijos taikymams.
Moksliniu požiūriu šis darbas remiasi augačiais įrodymais, kad ląstelės jaučia ir reaguoja į elektrinius signalus per jonų kanalus, membranos potencialą ir tolesnes signalines grandines. Molekulinio kaskados, kuria elektriniai laukai keičia makrofagų genų ekspresiją, žemėlapiavimas bus kritinis žingsnis konvertuojant in vitro rezultatus į saugias, pakartojamas klinikines intervencijas.
Eksperto įžvalga
Dr. Marcus Hale, biomedicinos inžinierius, tyrinėjantis imunomoduliaciją ir regeneracinius prietaisus, komentuoja: „Šis tyrimas yra svarbus įrodymas, kad imunines ląsteles galima nukreipti bioelektriniais signalais. Transliacija į pacientus reikalauja kruopštaus bangų formų, tiekimo medžiagų ir saugumo profilio derinimo, tačiau potencialas sumažinti priklausomybę nuo imunossupresinių vaistų yra patrauklus. Vietiniai prietaisai, galintys perprogramuoti makrofagus, galėtų sutrumpinti gijimo laiką ir pagerinti lėtinių žaizdų bei pooperacinės reabilitacijos rezultatus.“
Tolesnės kryptys ir tyrimų prioritetai
Kiti žingsniai apima patobulintų stimuliacijos protokolų testavimą dėl ilgaamžiškumo ir specifikos, jonų kanalų ir signalinių tinklų, atsakingų už fenotipo perjungimą, identifikavimą ir gyvūnų studijas, siekiant įvertinti audinio lygmens rezultatus ir sisteminius poveikius. Tyrėjai taip pat planuoja tirti pažangias elektrodo medžiagas ir neinvazinius tiekimo metodus, kurie galėtų palengvinti klinikinę transliaciją.
Tarpdisciplininis projekto pobūdis — imunologijos, inžinerijos ir medžiagų mokslo derinys — yra esminis, norint pažengti bioelektrinėms terapijoms nuo laboratorijos iki klinikos. Jei papildomi tyrimai patvirtins saugumą ir ryškų naudą, elektrinė makrofagų perprogramavimas galėtų tapti regeneracinės medicinos ir imuninės moduliacijos instrumentu.
Išvados
Trinity College Dubline atlikti tyrimai parodė, kad elektrinė stimuliacija in vitro gali perprogramuoti žmogaus makrofagus į priešuždegiminį, gijimą skatinantį būvį. Šie rezultatai nurodo perspektyvų bioelektrinį požiūrį audinių gijimo pagreitinimui ir uždegimo kontrolei įvairių traumų bei ligų atvejais. Prieš taikant klinikinėje praktikoje, reikalingi papildomi mechanistiniai tyrimai, stimuliacijos režimų optimizavimas ir priešklinikiniai įvertinimai, tačiau atradimas sudaro pagrindą naujoms prietaisais paremtoms imuninėms terapijoms, naudojančioms organizmo savus taisomųjų mechanizmus.
Šaltinis: scitechdaily
Komentarai