8 Minutės
Neuralinės kamieninės ląstelės atkuria insulto pažeidimus pelėse
Ši iliustracija rodo koronarinį smegenų skyrių po insulto ir žmogaus neuralių kamieninių ląstelių transplantacijos. Pertraukta linija žymi insulto pažeistą zoną. Transplantuotų žmogaus ląstelių neuritų projekcijos yra nudažytos tamsiai ruda spalva. Neuritai plečiasi vietiškai į žievę (CX), bet taip pat eina per gumburaulinį kūną (CC) į kitą smegenų pusrutulį. Nuotraukos šaltinis: Ciuricho universitetas
Ciuricho universiteto (UZH) mokslininkai, bendradarbiaudami su komandomis iš Jungtinių Valstijų ir Japonijos, parodė, kad žmogaus neuralių kamieninių ląstelių transplantacija gali regeneruoti pažeistą smegenų audinį po insulto pelėse. Transplantuotos ląstelės išliko gyvybingos kelias savaites, diferencijavosi į neuronus, integravosi į šeimininko tinklus ir sukėlė platesnius remontinius procesus, kurie pagerino motorinę funkciją. Šie rezultatai žymi svarbų žingsnį link klinikinių strategijų smegenų regeneracijai ir atkūrimui po insulto.
Mokslinis kontekstas ir eksperimentinis dizainas
Insultas yra viena svarbiausių suaugusiųjų negalios priežasčių visame pasaulyje; maždaug vienas iš keturių suaugusių gyventojų patirs insultą per gyvenimą. Išeminis insultas ir intracerebrinė hemoragija naikina neuronus ir kitus smegenų ląstelių tipus, dažnai negrįžtamai, sukeldami ilgalaikius judėjimo, kalbos ir pažinimo sutrikimus. Dabartinės terapijos daugiausia orientuotos į ūmaus pažeidimo mažinimą ir reabilitaciją; kol kas nėra patvirtintos procedūros, kurios galėtų tiesiogiai pakeisti prarastas neuronus arba visiškai atstatyti mechaniniu būdu suardyto smegenų audinio struktūrą.
Norėdami patikrinti, ar neuralių kamieninių ląstelių transplantacija gali rekonstruktuoti pažeistą smegenų audinį, tyrėjai naudojo žmogaus neuralių kamieninių ląstelių linijas, gautas iš indukuotų pluripotentinių kamieninių ląstelių (iPSC). iPSC sukurti iš suaugusių donorų somatinių ląstelių, kurios buvo perprogramuotos į pluripotentinę būseną, o vėliau nukreiptos diferencijai į neuralinį kamieninį fenotipą. Tokios ląstelės pasižymi gebėjimu diferencijuotis į kelis neuralinius ląstelių tipus — neuronus, astrocitus, oligodendrocitus — todėl jos laikomos perspektyvia platforma smegenų regeneracijai.
Tyrėjai sukūrė nuolatinį fokalinį insultą pelėms, kuris atspindi pagrindines patologines ir elgesio ypatybes, būdingas žmogaus insultui. Gyvūnai buvo imunologiškai modifikuoti, kad būtų išvengta greito žmogaus ląstelių atmetimo ir leista ilgesnė transplantuotų ląstelių stebėsena bei sudėtingesnių funkcinių tyrimų atlikimas. Vieną savaitę po insulto komanda įterpė neuralių kamieninių ląstelių implantą tiesiai į pažeidimo zoną — šis laiko intervalas buvo pasirinktas sąmoningai, kad atspindėtų klinikinėje praktikoje realistines sąlygas ir leistų vietinei mikroaplinkai stabilizuotis prieš ląstelių įvedimą.
Rezultatams vertinti buvo taikyti daugiapusių metrikų metodai: histologija ir imunostainavimas, siekiant sekti ląstelių išgyvenamumą ir diferencijaciją; molekuliniai tyrimai uždegimo žymenims ir kraujagyslių integritetui nustatyti; bei aukštos rezoliucijos vaizdavimo metodai, kurie vertino struktūrinį sujungimą ir neuritų plėtimąsi. Elgesio atkūrimas buvo kvantifikuotas naudojant automatizuotą, dirbtiniu intelektu paremta eisenos analizę, leidžiančią jautriai aptikti pokyčius motorikoje ir galūnių naudojime, kurie dažnai lieka nepastebėti paprastu akių stebėjimu.
Žmogaus neuralių kamieninių ląstelių kultūra. Ląstelių branduoliai pažymėti mėlynai, neuralinių kamieninių ląstelių specifinis filamentinis baltymas Nestin parodytas žalia spalva, o neuralinio kamieninio faktoriaus Sox1 žymėjimas — raudona. Nuotraukos šaltinis: Ciuricho universitetas
Pagrindiniai atradimai: neurogenezė ir sisteminis atstatymas
Transplantuotos žmogaus neuralių kamieninių ląstelių populiacijos išliko gyvybingos per visą penkių savaičių stebėjimo laikotarpį ir dauguma jų diferenciavosi į neuronus. Svarbu pabrėžti, kad daugelis naujai susiformavusių neuronų išsiplėtė neuritais ir sudarė galimus sinaptinius kontaktus su šeimininko neuronų tinklais, kas rodo funkcionalią integraciją, o ne vien tik laikiną egzistavimą transplantuoto audinio vietoje. Tokia struktūrinė ir molekulinė integracija yra būtina, kad būtų tikimasi realaus funkcinio pagerėjimo.
Be tiesioginio neurogenezės poveikio, tyrėjai užfiksavo kelis papildomus regeneracinius efektus, kurie kartu sudarė palankesnę aplinką audinio atstatymui:
- Angiogenezė ir kraujagyslių remontas: pažeidimo zonoje ir aplink ją padidėjo naujų kraujagyslių formavimasis, kas pagerino vietinį metabolinį aprūpinimą deguonimi ir maistinėmis medžiagomis — būtinas žingsnis neuronų išlikimui ir funkcinei veiklai palaikyti.
- Sumažintas uždegimas: lokali uždegiminė reakcija — kuri paprastai palaiko antrinį audinio pažeidimą ir neleidžia gijimo procesams progresuoti — buvo reikšmingai slopinama po transplantacijos, įskaitant sumažėjusius mikroglijų ir proinflamatorių citokinų rodiklius.
- Pagerintas hematoencefalinės barjero (HEB) integralumas: HEB funkcijos rodikliai parodė geresnį smegenų mikroaplinkos izoliavimą nuo žalingų periferinių infiltratų, sumažinant toksiškų medžiagų ir imuninių ląstelių netinkamą prasiskverbimą.
Šie sinergiški procesai sukūrė palankesnę, regeneracijai imlesnę mikroaplinką. Elgesio tyrimai patvirtino dalinį insulto sukeltų motorinių deficito grąžinimą: pelės, gavusios kamieninių ląstelių implantus, demonstravo matomą eisenos stabilizaciją ir geresnį galūnių koordinavimą, palyginti su kontrolinėmis grupėmis. Šie pokyčiai buvo objektyviai užfiksuoti ir patvirtinti AI asistuojamos analizės duomenimis, įtraukiant lankstesnių trajektorijų ir žingsniavimo modelių vertinimą.
Vertinimai vertimui į kliniką ir saugumo strategijos
Turint omenyje galutinį vertimo tikslą, tyrėjai gamino kamienines ląsteles naudodami ksenoneutralias (xeno-free) gamybos protokolas — tai reiškia, kad reagense nebuvo gyvūninės kilmės komponentų — protokolus, sukurti bendradarbiaujant su iPS ląstelių tyrimų ir taikymo centru CiRA Kioto universitete. Xeno-free gamyba yra esminė reguliacinė ir saugumo sąlyga, kai siekiama žmogaus klinikinių tyrimų, nes pašalinama rizika dėl gyvūninių antigenų ir kitos kryžminės užteršties.
Laiko faktorius pasirodė kaip svarbus klinikinis kintamasis: studijų duomenys rodo geresnius rezultatus, kai transplantacija atlikta ne iškart po insulto, o praėjus maždaug savaitei. Tokia atidedamoji strategija gali palengvinti logistiką ląstelių gamybai, leidžia pacientų atrankai ir leidžia vietinei mikroaplinkai sumažinti ūminį uždegimą, todėl padidėja transplantuotų ląstelių išgyvenamumas ir integracija.
Saugumas išlieka kertiniu iššūkiu. Tyrėjų komanda plėtoja inžinerinius „saugos jungiklių“ (safety switch) sprendimus, leidžiančius selektyviai pašalinti arba sureguliuoti transplantuotas ląsteles, jei atsiranda nekontroliuojama proliferacija ar nepageidaujamos skirties formos. Tokie mechanizmai paprastai apima genetinius kill-switch'us, kuriuos galima aktyvuoti farmakologiškai arba radiaciniais metodais. Be to, komanda tiria mažiau invazinius pristatymo kelius — pavyzdžiui, endovaskulinį įvedimą arba intraventrikulinę injekciją — kurie gali būti lengviau pritaikomi klinikinėje aplinkoje nei tiesioginis parenchimos graftavimas, ypač pacientams su aukštesne chirurginės rizikos grupe.
Paraleliniai klinikiniai programos, naudojančios iPSC kilmės ląsteles Parkinsono ligos gydymui, jau vykdomos Japonijoje, ir šios iniciatyvos pateikė kelią reguliaciniams reikalavimams ir ankstyvajam žmogaus išbandymui. Insultas yra logiška tolesnė indikacija, tačiau reikalauja skirtingo saugumo, pristatymo ir veiksmingumo įvertinimo derinio. Gerai suprojektuoti fazės I/II tyrimai, apimantys aiškias saugumo taisykles, biobanko kontrolės mechanizmus ir ilgalaikę stebėseną, bus būtini norint įrodyti šios strategijos klinikinį potencialą.
Eksperto įžvalga
"Šie rezultatai pateikia įtikinamų įrodymų, kad neuralių kamieninių ląstelių poveikis nėra vien tik prarastų neuronų pakeitimas — jos pertvarko vietinę mikroaplinką, skatindamos kraujagyslių atstatymą ir imuninės reakcijos moduliaciją," sako dr. Laura Hernandez, neuroreabilitacijos specialistė ir vertimo neuroscientist (fictional). "Norint pritaikyti šį požiūrį pacientams, reikės griežtų saugos protokolų, skalės gamybos pagal klinikinės kokybės reikalavimus ir aiškiai apibrėžtų pristatymo metodų. Tačiau galimybė atkurti funkciją po insulto dabar atrodo pasiekiamesnė nei prieš penkerius metus."
Iššūkiai, būsimos kryptys ir technologiniai niuansai
Nors rezultatai yra žadantys, keli svarbūs techniniai, biologiniai ir reguliaciniai klausimai lieka neišspręsti. Vienas iš esminių techninių iššūkių — užtikrinti transplantuotų ląstelių ilgaamžiškumą ir tinkamą diferencijacijos lygį taip, kad jos nebūtų nei per daug proliferuojančios, nei ankstyvai diferenciavusios į netinkamus tipų profilius. Inžineriniai sprendimai, tokie kaip genų redagavimas naudojant CRISPR/Cas sistemas arba inducible promotoriai, gali suteikti lankstumo ir kontrolės, bet kartu kelia papildomų saugumo bei reguliavimo klausimų.
Vaskulinė komponentė yra dar viena kritinė ašis: norint užtikrinti transplantuotų neuronų išlikimą, reikia ne tik naujų kraujagyslių proliferacijos, bet ir jų funkcionalumo bei tinkamos barjero integracijos. Tai reiškia, kad vertinant poveikį būtina sekti ne vien kraujagyslių tankį, bet ir institucinius žymenis — pvz., tight junction baltymus tokius kaip claudin-5, occludin ar zonula occludens (ZO-1), bei vartojimo ir perfuzijos parametrus, matuojamus in vivo vaizdavimo technikomis.
Imuninės reakcijos reguliavimas taip pat yra dvipusis peilis: dalinis uždegimo slopinimas gali palengvinti audinio regeneraciją, tačiau visiškai slopinant galima prarasti tam tikras gydomąsias imuninės sistemos funkcijas, pvz., pažeisto audinio valymą ir remodeliavimą. Todėl ateities tyrimai turi detaliau ištirti, kurios imuninės grandys yra naudingos ir kurias reikia moduliuoti, galbūt taikant kombinacinę terapiją su imunomoduliatoriais ar mikroglijų moduliais.
Išvada
UZH vadovaujami tyrimai parodo, kad žmogaus neuralių kamieninių ląstelių, gautų iš iPSC, transplantacija gali išgyventi, diferencijuotis ir reikšmingai prisidėti prie struktūrinio bei funkcionalaus atsigavimo po eksperimentinio insulto pelėse. Derinant naujų neuronų formavimąsi su kraujagyslių atstatymu ir imunomoduliacija, kamieninių ląstelių transplantacija sukėlė matomus motorinius patobulinimus. Tolimesnis darbas ties saugos jungikliais, xeno-free gamyba ir minimaliai invaziniais pristatymo būdais nulems, kaip greitai šie atradimai galės būti perkelti į klinikinius tyrimus. Jei sėkmingai išversti į žmogaus terapijas, neuralių kamieninių ląstelių gydymas gali suteikti transformacinę galimybę atkurti smegenų funkcijas po insulto.
Šaltinis: scitechdaily
Palikite komentarą