Ізраїльські вчені розробляють імплантати, щоб допомогти паралізованим людям знову ходити
Люди з тривалим паралічем можуть відновити здатність ходити після того, як ізраїльські вчені успішно розробили першу 3D-тканину спинного мозку людини. Результати були опубліковані в новаторському рецензованому дослідженні, опублікованому в журналі Advanced Science 7 лютого 2022 року.
Дослідження провели дослідники з Центру регенеративної біотехнології імені Сагола при Тель-Авівському університеті, очолюваного професором Талем Двіром. До нього приєдналися дослідники зі Шмунісської школи біомедицини та досліджень раку та кафедри біомедичної інженерії ТАУ. Команда лабораторії Двіра включає аспіранта Ліора Вертгейма, доктора Реувена Едрі та доктора Йону Гольдшміт.
Чому нам не вдається зцілити травми спинного мозку?
Параліч може виникнути після травми спинного мозку, що може означати пошкодження, отримане будь-якої частини спинного мозку або нервів на кінці спинномозкового каналу. Ці травми можуть викликати постійні зміни сили, відчуття та інших функцій організму, а у важких випадках можуть призвести до тривалого паралічу, від якого в цей час немає ліків.
Попри те, що в усьому світі було зроблено багато попередніх спроб сприяти природній або втручальній регенерації на місці травми, успіх був мінімальним.
МРТ травмованого спинного мозку з лікуванням і без нього (фото: ЦЕНТР РЕГЕНЕРАТИВНОЇ БІОТЕХНОЛОГІЇ САГОЛ)Теперішні експериментальні або дослідницькі методи покладаються на трансплантацію різних клітин або біоматеріалів в місце травми. Однак дві проблеми ставлять під загрозу успіх лікування: імунна відповідь на пересаджені клітини, що викликають їх відторгнення, і імплантація дисоційованих клітин, які не можуть сформуватися у функціональну мережу.
Тому дослідницька група висунула гіпотезу, що імітація ембріонального розвитку шляхом застосування специфічного протоколу диференціації моторних нейронів спинного мозку в 3D-динамічному середовищі забезпечить клітини сигналами для відповідного формування регенеративної тканини, загоюючи місце і знижуючи ризик відторгнення.
Крім того, вони теоретизували, що складання функціональної нейронної мережі перед імплантацією збільшить шанси на функціональне приживлення, в якому вона добре інтегрується в тіло господаря.
ПРОЦЕДУРА, розроблена дослідницькою групою, включатиме взяття невеликої біопсії жирової тканини у пацієнта та поділ її на клітини та позаклітинний біоматеріал.
Потім клітини будуть перепрограмовані, щоб стати специфічними для пацієнта індукованими плюрипотентними стовбуровими клітинами (iPSC) – типом клітин, що використовується в регенеративній медицині, який може розмножуватися нескінченно довго і може бути використаний для заміни клітин, втрачених внаслідок пошкодження або захворювання.
Тим часом біоматеріал проходить процес перетворення його в персоналізований гідрогель, в який потім інкапсулюються ембріональні клітини iPSC, що дозволяє їм диференціюватися в 3D-мережу спинного мозку.
Біоматеріал, перетворений гідрогелем, не тільки підтримує клітини, пояснили в дослідженні, але він також постійно адаптується і розвивається, тим самим забезпечуючи динамічне індуктивне мікросередовище, що дозволяє збирати й дозрівати функціональному імплантату спинного мозку.
Після успішного імітування ембріонального розвитку спинного мозку та розробки функціональних тканинних імплантатів, дослідники перейшли до тестування терапевтичного потенціалу 3D-мережі спинного мозку, вирішивши використовувати мишей як модель тестування.
Мишей розділили на дві групи – тих, хто недавно був паралізовані (гостро), і тих, хто був паралізований не менш як рік в людському плані (хронічно).
Миші з гострим паралічем відновили здатність ходити протягом трьох місяців після введення імплантату, продемонструвавши значні переваги над мишами з гострим паралічем, які залишилися без лікування.
Хоча необроблені миші з часом відновили часткову рухову функцію, вони продемонстрували гіршу координацію та значно знижену здатність чинити тиск на травмовану стопу, серед інших проблем, ніж ті, які перенесли імплантацію вирощеного в лабораторії спинного мозку.
Після успіху, що спостерігався в гострій фазі травми, дослідницька група перейшла до тестування тієї ж теорії у мишей з хронічним паралічем, більш клінічно значущою моделлю через ступінь постійного пошкодження спинного мозку, яка все ще залишається неясною під час гострої фази паралічу.
Через шість тижнів після імплантації штучного спинного мозку мишам з хронічним паралічем у тварин спостерігалося значне поліпшення, що свідчить про те, що імплантат успішно інтегрувався в організм. В цілому, 80% мишей в тестовій групі повернули собі здатність ходити.
“Дослідницькі тварини пройшли швидкий процес реабілітації, в кінці якого вони могли досить добре ходити”, – пояснив Двір. «Це перший випадок у світі, коли імплантовані інженерні тканини людини генерували відновлення на тваринній моделі для тривалого хронічного паралічу, що є найбільш актуальною моделлю лікування паралічу у людей».
Після успіху, який спостерігається в лабораторних випробуваннях, і результатів, що спостерігаються у мишей після імплантації, дослідники сподіваються перейти до клінічних випробувань на людях протягом наступних кількох років. Вони вже провели переговори з FDA щодо доклінічної програми.
«Оскільки ми пропонуємо передову технологію в регенеративній медицині, і оскільки зараз немає альтернативи паралізованим пацієнтам, у нас є вагомі підстави очікувати відносно швидкого схвалення нашої технології», – пояснив він.
Спираючись на цю революційну технологію органотехніки, Двір об’єднався з партнерами по галузі, щоб створити Matricelf у 2019 році. Компанія застосовує його підхід у своїй роботі з метою зробити процедури імплантації спинного мозку комерційно доступними.
Як це може вплинути на медичну галузь?
Хоча дослідження спеціально зосередилося на травмованому спинному мозкові, дослідники сподіваються, що в майбутньому одна і та ж технологія може бути застосована і використана для лікування безлічі різних захворювань і травм, таких як хвороба Паркінсона, травма головного мозку, інфаркт міокарда і вікова макулярна дегенерація тощо.
«У всьому світі є мільйони людей, які паралізовані через травму хребта, і досі немає ефективного лікування їх стану», – сказав Двір.
«Особам, які отримали поранення в дуже молодому віці, судилося все життя сидіти в інвалідному візку, несучи на собі всі соціальні, фінансові та медичні витрати, пов’язані з паралічем», – сказав він. «Наша мета – виготовити персоналізовані імплантати спинного мозку для кожної паралізованої людини, що дозволить регенерувати пошкоджену тканину без ризику відторгнення».
