Saúde

'Moléculas dançantes' reparam com sucesso lesões graves da medula espinhal
Em um novo estudo, os pesquisadores administraram uma única injeção nos tecidos ao redor da medula espinhal de camundongos paralisados. Apenas quatro semanas depois, os animais recuperaram a capacidade de andar.
Por Northwestern University - 10/11/2021


Seção longitudinal da medula espinhal tratada com o andaime terapêutico mais bioativo. Os axônios regenerados (vermelhos) voltaram a crescer dentro da lesão. Crédito: Samuel I. Stupp Laboratory / Northwestern University

Pesquisadores da Northwestern University desenvolveram uma nova terapia injetável que aproveita "moléculas dançantes" para reverter a paralisia e reparar o tecido após lesões graves da medula espinhal.

Em um novo estudo, os pesquisadores administraram uma única injeção nos tecidos ao redor da medula espinhal de camundongos paralisados. Apenas quatro semanas depois, os animais recuperaram a capacidade de andar.

A pesquisa será publicada na edição de 12 de novembro da revista Science .

Ao enviar sinais bioativos para desencadear a reparação e regeneração das células , a terapia inovadora melhorou drasticamente as medulas espinhais gravemente feridas de cinco maneiras principais: (1) As extensões cortadas dos neurônios, chamadas axônios, regeneradas; (2) tecido cicatricial, que pode criar uma barreira física para regeneração e reparo, significativamente diminuído; (3) mielina, a camada isolante de axônios que é importante na transmissão de sinais elétricos com eficiência, reformada em torno das células; (4) vasos sanguíneos funcionais formados para fornecer nutrientes às células no local da lesão ; e (5) mais neurônios motores sobreviveram.

Depois que a terapia realiza sua função, os materiais se biodegradam em nutrientes para as células em 12 semanas e então desaparecem completamente do corpo sem efeitos colaterais perceptíveis. Este é o primeiro estudo no qual os pesquisadores controlaram o movimento coletivo das moléculas por meio de mudanças na estrutura química para aumentar a eficácia de uma terapêutica.

"Nossa pesquisa tem como objetivo encontrar uma terapia que possa prevenir os indivíduos de ficarem paralisados ​​após um grande trauma ou doença", disse Samuel I. Stupp, da Northwestern, que liderou o estudo. “Durante décadas, isso permaneceu um grande desafio para os cientistas porque o sistema nervoso central do nosso corpo, que inclui o cérebro e a medula espinhal, não tem nenhuma capacidade significativa de se reparar após uma lesão ou após o início de uma doença degenerativa. Estamos indo direto para o FDA para iniciar o processo de aprovação desta nova terapia para uso em pacientes humanos, que atualmente têm muito poucas opções de tratamento. "

Stupp é Professor do Conselho de Curadores de Ciência e Engenharia de Materiais, Química, Medicina e Engenharia Biomédica na Northwestern, onde é diretor fundador do Simpson Querrey Institute for BioNanotechnology (SQI) e seu centro de pesquisa afiliado, o Center for Regenerative Nanomedicine. Ele tem compromissos na Escola de Engenharia McCormick, Faculdade de Artes e Ciências Weinberg e Escola de Medicina Feinberg.
 
A expectativa de vida não melhorou desde os anos 1980

De acordo com o National Spinal Cord Injury Statistical Center, cerca de 300.000 pessoas vivem atualmente com uma lesão na medula espinhal nos Estados Unidos. A vida para esses pacientes pode ser extraordinariamente difícil. Menos de 3% das pessoas com lesão completa recuperam as funções físicas básicas. E aproximadamente 30% são re-hospitalizados pelo menos uma vez durante um determinado ano após a lesão inicial, custando milhões de dólares em custos médios de cuidados de saúde vitalícios por paciente. A expectativa de vida para pessoas com lesões na medula espinhal é significativamente menor do que para pessoas sem lesões na medula espinhal e não melhorou desde os anos 1980.

"Atualmente, não há terapêutica que desencadeie a regeneração da medula espinhal", disse Stupp, especialista em medicina regenerativa. "Eu queria fazer a diferença nos resultados da lesão da medula espinhal e enfrentar esse problema, dado o tremendo impacto que isso poderia ter na vida dos pacientes. Além disso, uma nova ciência para tratar a lesão da medula espinhal poderia ter impacto nas estratégias para doenças neurodegenerativas e derrame. "

'Moléculas dançantes' atingem alvos móveis

O segredo por trás da nova descoberta terapêutica de Stupp é ajustar o movimento das moléculas, para que elas possam encontrar e engajar adequadamente os receptores celulares em constante movimento . Injetada como um líquido, a terapia imediatamente se transforma em uma complexa rede de nanofibras que imitam a matriz extracelular da medula espinhal. Ao combinar a estrutura da matriz, imitando o movimento de moléculas biológicas e incorporando sinais para receptores, os materiais sintéticos são capazes de se comunicar com as células.

"Receptores em neurônios e outras células se movem constantemente", disse Stupp. "A principal inovação em nossa pesquisa, que nunca foi feita antes, é controlar o movimento coletivo de mais de 100.000 moléculas dentro de nossas nanofibras. Fazendo as moléculas se moverem, 'dançarem' ou até mesmo pularem temporariamente para fora dessas estruturas, conhecidas como polímeros supramoleculares, eles são capazes de se conectar de forma mais eficaz com os receptores. "

Stupp e sua equipe descobriram que o ajuste fino do movimento das moléculas dentro da rede de nanofibras para torná-las mais ágeis resultou em maior eficácia terapêutica em ratos paralisados. Eles também confirmaram que as formulações de sua terapia com movimento molecular aprimorado tiveram melhor desempenho durante os testes in vitro com células humanas, indicando aumento da bioatividade e da sinalização celular.

"Dado que as próprias células e seus receptores estão em movimento constante, você pode imaginar que as moléculas que se movem mais rapidamente encontrariam esses receptores com mais frequência", disse Stupp. "Se as moléculas são lentas e não tão 'sociais', elas podem nunca entrar em contato com as células."

Uma injeção, dois sinais

Uma vez conectadas aos receptores, as moléculas em movimento disparam dois sinais em cascata, ambos críticos para o reparo da medula espinhal. Um sinal faz com que as longas caudas dos neurônios da medula espinhal, chamadas axônios, se regenerem. Semelhante aos cabos elétricos, os axônios enviam sinais entre o cérebro e o resto do corpo. Cortar ou danificar axônios pode resultar na perda de sensibilidade no corpo ou mesmo na paralisia. A reparação de axônios, por outro lado, aumenta a comunicação entre o corpo e o cérebro.

O segundo sinal ajuda os neurônios a sobreviverem após a lesão porque faz com que outros tipos de células proliferem, promovendo o recrescimento de vasos sanguíneos perdidos que alimentam os neurônios e células essenciais para o reparo de tecidos. A terapia também induz a reconstrução da mielina em torno dos axônios e reduz a cicatriz glial, que atua como uma barreira física que impede a cura da medula espinhal.

"Os sinais usados ​​no estudo imitam as proteínas naturais necessárias para induzir as respostas biológicas desejadas. No entanto, as proteínas têm meia-vida extremamente curta e são caras de produzir", disse Zaida Álvarez, a primeira autora do estudo e ex-professora assistente de pesquisa no laboratório de Stupp. "Nossos sinais sintéticos são peptídeos curtos e modificados que - quando ligados aos milhares - sobreviverão por semanas para fornecer bioatividade. O resultado final é uma terapia que é menos cara de produzir e dura muito mais tempo."

Seção longitudinal da medula espinhal tratada com o andaime terapêutico mais bioativo,
capturada 12 semanas após a lesão. Vasos sanguíneos (vermelhos) regenerados dentro
da lesão. A laminina é corada em verde e as células são coradas em azul. Crédito:
Samuel I. Stupp Laboratory / Northwestern University

Aplicação universal

Embora a nova terapia possa ser usada para prevenir paralisia após traumas graves (acidentes automobilísticos, quedas, acidentes esportivos e ferimentos por arma de fogo), bem como de doenças, Stupp acredita que a descoberta subjacente - que o "movimento supramolecular" é um fator-chave na bioatividade - pode ser aplicado a outras terapias e alvos.

"Os tecidos do sistema nervoso central que regeneramos com sucesso na medula espinhal lesada são semelhantes aos do cérebro afetados por derrame e doenças neurodegenerativas, como ALS, doença de Parkinson e doença de Alzheimer", disse Stupp. "Além disso, nossa descoberta fundamental sobre como controlar o movimento de conjuntos moleculares para melhorar a sinalização celular pode ser aplicada universalmente em alvos biomédicos."

 

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