I ricercatori in un nuovo studio, hanno somministrato il componente medicamentoso con una singola iniezione ai tessuti che circondano il midollo spinale di topi paralizzati, questi, dopo quattro settimane, hanno riacquistato la capacità di camminare (vedi video “Gravi lesioni del midollo spinale riparate con “molecole danzanti”).
La terapia rivoluzionaria con l’invio di segnali bioattivi per indurre le cellule a ripararsi e rigenerarsi, ha notevolmente migliorato il midollo spinale gravemente danneggiato in cinque modi chiave:
1) le estensioni recise dei neuroni, chiamate assone, si sono rigenerate;
2) il tessuto cicatriziale, che può creare una barriera fisica alla rigenerazione e alla riparazione, è significativamente diminuito;
3) la mielina, lo strato isolante degli assoni che è importante per trasmettere i segnali elettrici in modo efficiente, si è riformata intorno alle cellule;
4) i vasi sanguigni funzionali formati per fornire nutrienti alle cellule nel sito della lesione;
5) più motoneuroni (controllano direttamente o indirettamente i muscoli e il movimento dei muscoli), sono sopravvissuti.
I materiali dopo che la terapia ha svolto la sua funzione, entro 12 settimane si biodegradano in sostanze nutritive per le cellule e poi scompaiono completamente dal corpo senza effetti collaterali evidenti. Lo studio pubblicato nella rivista Science, è il primo in cui i ricercatori hanno controllato il movimento collettivo delle molecole attraverso cambiamenti nella struttura chimica per aumentare l’efficacia di una terapia.
Samuel Stupp professore di scienze e ingegneria dei materiali, chimica, medicina e ingegneria biomedica, esperto di medicina rigenerativa presso la Northwestern University di Chicago, tra gli autori della rivoluzionaria terapia, ha affermato:
«La nostra ricerca mira a trovare una terapia che possa impedire agli individui di rimanere paralizzati dopo gravi traumi o malattie, per gli scienziati questa è rimasta per decenni una grande sfida perché il sistema nervoso centrale del nostro corpo, che include il cervello e il midollo spinale, non ha alcuna capacità significativa di ripararsi dopo un infortunio o dopo l’insorgenza di una malattia degenerativa. Stiamo andando direttamente all’Agenzia per gli alimenti e i medicinali (FDA) per avviare il processo per ottenere l’approvazione di questa nuova terapia per l’uso in pazienti umani, che attualmente hanno pochissime opzioni di trattamento».
L’aspettativa di vita non è migliorata dagli anni ’80
Il National Spinal Cord Injury Statistical Center, riporta che attualmente negli Stati Uniti quasi 300.000 persone vivono con una lesione al midollo spinale. La vita per questi pazienti è difficile, meno del 3% delle persone con lesioni complete recupera le funzioni fisiche di base, circa il 30% viene ri-ospedalizzato almeno una volta durante un dato anno dopo l’infortunio iniziale, con un costo medio di milioni di dollari per l’assistenza sanitaria a vita per paziente. L’aspettativa di vita per le persone con lesioni del midollo spinale è significativamente inferiore rispetto alle persone senza lesioni del midollo spinale e non è migliorata dagli anni ’80.
Samuel Stupp ha detto:
«Attualmente, non ci sono terapie che attivano la rigenerazione del midollo spinale. Volevo fare la differenza sugli esiti delle lesioni del midollo spinale e affrontare questo problema, dato l’enorme impatto che potrebbe avere sulla vita dei pazienti. Inoltre, una nuova scienza per affrontare le lesioni del midollo spinale potrebbe avere un impatto sulle strategie per le malattie neurodegenerative e ictus».
Le “molecole danzanti” colpiscono bersagli in movimento
Il segreto dietro la nuova rivoluzionaria terapia di Samuel Stupp è sintonizzare il movimento delle molecole, in modo che possano trovare e coinvolgere correttamente i recettori cellulari in costante movimento. Iniettata come un liquido, la terapia si gelifica immediatamente in una complessa rete di nanofibre che imitano la matrice extracellulare del midollo spinale. Abbinando la struttura della matrice, imitando il movimento delle molecole biologiche e incorporando segnali per i recettori, i materiali sintetici sono in grado di comunicare con le cellule.
Samuel Stupp ha detto:
«I recettori nei neuroni e in altre cellule si muovono costantemente. L’innovazione chiave nella nostra ricerca, che non è mai stata fatta prima, è controllare il movimento collettivo di oltre 100.000 molecole all’interno delle nostre nanofibre. Facendo muovere, “danzare” o addirittura saltare temporaneamente le molecole da queste strutture, note come polimeri supramolecolari, sono in grado di connettersi più efficacemente con i recettori».
Samuel Stupp e il suo team hanno scoperto che la messa a punto del movimento delle molecole all’interno della rete di nanofibre per renderle più agili ha portato a una maggiore efficacia terapeutica nei topi paralizzati. Hanno anche confermato che le formulazioni della loro terapia con movimento molecolare potenziato hanno ottenuto risultati migliori durante i test in vitro con cellule umane, indicando una maggiore bioattività e segnalazione cellulare.
Samuel Stupp ha detto:
«Dato che le cellule stesse e i loro recettori sono in costante movimento, puoi immaginare che le molecole che si muovono più rapidamente incontreranno questi recettori più spesso. Le molecole se fossero lente e non così “sociali”, potrebbero non entrare mai in contatto con le cellule».
Unica iniezione, due segnali
Le molecole in movimento una volta connesse ai recettori, attivano due segnali a cascata, entrambi fondamentali per la riparazione del midollo spinale. Il primo segnale spinge nel midollo spinale le lunghe code dei neuroni chiamati assoni, a rigenerarsi. Simile ai cavi elettrici, gli assoni inviano segnali tra il cervello e il resto del corpo. Recidere o danneggiare gli assoni può provocare la perdita di sensibilità nel corpo o addirittura la paralisi. La riparazione degli assoni, d’altra parte, aumenta la comunicazione tra il corpo e il cervello.
Il secondo segnale aiuta i neuroni a sopravvivere dopo l’infortunio perché fa proliferare altri tipi di cellule, promuovendo la ricrescita dei vasi sanguigni persi che alimentano i neuroni e le cellule critiche per la riparazione dei tessuti. La terapia induce anche la mielina a ricostruirsi intorno agli assoni e riduce la cicatrizzazione gliale, che agisce come una barriera fisica che impedisce la guarigione del midollo spinale.
Zaida Álvarez, prima autrice dello studio ed ex assistente professore di ricerca nel laboratorio di Samuel Stupp, ha affermato:
«I segnali utilizzati nello studio imitano le proteine naturali necessarie per indurre le risposte biologiche desiderate. Tuttavia, le proteine hanno un’emivita estremamente breve e sono costose da produrre. I nostri segnali sintetici sono brevi peptidi modificati che, se legati insieme a migliaia, sopravvivranno per settimane per fornire bioattività. Il risultato finale è una terapia che è meno costosa da produrre e dura molto più a lungo».
Applicazione universale
La nuova terapia mentre potrebbe essere utilizzata per prevenire la paralisi dopo traumi importanti (incidenti automobilistici, cadute, incidenti sportivi e ferite da arma da fuoco) nonché da malattie, Samuel Stupp ritiene che la scoperta base il “movimento supramolecolare”, sia un fattore chiave nella bioattività e possa essere applicata ad altre terapie e obiettivi.
Samuel Stupp in conclusione ha detto:
«I tessuti del sistema nervoso centrale che abbiamo rigenerato con successo nel midollo spinale ferito sono simili a quelli del cervello colpiti da ictus e malattie neurodegenerative, come la SLA, il morbo di Parkinson e l’Alzheimer. Oltre a ciò, la nostra fondamentale scoperta sul controllo del movimento degli assemblaggi molecolari, per migliorare la segnalazione cellulare, potrebbe essere applicata universalmente a bersagli biomedici».
