Çığır açan tedavi, kıkırdak hasarını 4 saatten kısa sürede onarıyor

Çığır açan tedavi, kıkırdak hasarını 4 saatten kısa sürede onarıyor

Northwestern Üniversitesi araştırmacıları tarafından 2021 yılında ilk kez tanıtılan çığır açıcı bir tedavi, insan kıkırdağının yenilenmesinde umut vadediyor. Başlangıçta omurilik yaralanmalarında dokuları onarmak ve felci tersine çevirmek için tasarlanan yenilikçi yaklaşım, hücresel iyileşmeyi teşvik etmek için hızlı hareket eden "dans eden moleküller" kullanıyor.

Son uygulamasında, tedavi sadece dört saat içinde kıkırdak yenilenmesi için gerekli gen ifadesini başarıyla aktive etti. Şaşırtıcı bir şekilde, üç günlük tedaviden sonra, kıkırdak hücreleri onarım süreçleri için kritik olan temel protein bileşenlerini üretmeye başladı.

Çalışma ayrıca, bu moleküllerin hareketinin tedavinin başarısında önemli bir rol oynadığını vurguladı. Araştırmacılar, moleküllerin artan hareketinin kıkırdak büyümesini tetikleme yeteneklerini doğrudan artırdığını buldular. Rejeneratif tıpta moleküler hareketin potansiyelini gösteren bu bulgular, Amerikan Kimya Derneği Dergisi'nde yayınlandı.

Çalışmaya liderlik eden Samuel I. Stupp, "Dans eden moleküllerin terapötik etkilerini ilk gözlemlediğimizde, bunun yalnızca omuriliğe uygulanması için hiçbir neden görmedik" dedi. "Şimdi, birbirinden tamamen kopuk iki hücre tipinde etkileri gözlemliyoruz - eklemlerimizdeki kıkırdak hücreleri ve beynimizdeki ve omuriliğimizde nöronlar. Bu, evrensel bir fenomen keşfetmiş olabileceğimiz konusunda beni daha da emin kılıyor. Bu, birçok başka dokuya da uygulanabilir."

Rejeneratif nanomedikal alanında uzman olan Stupp, Northwestern'de Mütevelli Heyeti Profesörü ve Simpson Querrey BiyoNanoteknoloji Enstitüsü ve Rejeneratif Nanomedikal Merkezi'nin kurucu direktörüdür. Stupp'un laboratuvarında lisansüstü öğrencisi olan Shelby Yuan, çalışmanın birincil yazarıydı.

Dünya Sağlık Örgütü'ne göre, osteoartrit 2019 itibarıyla dünya çapında yaklaşık 530 milyon kişiyi etkiliyor. Bu dejeneratif hastalık, zamanla eklem dokularının bozulmasına yol açar ve sakatlığın önde gelen nedenlerinden biridir. Şiddetli vakalarda, kıkırdak o kadar incelir ki eklemler esasen kemik üstünde kemik haline gelir ve önemli ağrıya ve işlev kaybına neden olur. Şiddetli osteoartrit için birincil tedavi, hem pahalı hem de invaziv olan eklem değiştirme ameliyatıdır.

"Mevcut tedaviler hastalığın ilerlemesini yavaşlatmayı veya kaçınılmaz eklem replasmanını ertelemeyi amaçlıyor," diye açıkladı Stupp. "İnsanların yetişkinlikte kıkırdak yenileme kapasitesi olmadığından rejeneratif seçenekler yok."

Stupp ve ekibi, "dans eden moleküllerin" inatçı dokuların yenilenmesini teşvik edebileceği hipotezini ortaya attı. Daha önce Stupp'un laboratuvarında geliştirilen bu moleküller, hücreler için güçlü sinyaller içeren on binlerce ila yüz binlerce molekülden oluşan sentetik nanofiberler oluşturuyor. Ekip, kimyasal yapılarını ayarlayarak moleküllerin hareketlerinin, hücre zarlarında sürekli hareket halinde olan hücresel reseptörlerle etkili bir şekilde etkileşime girmelerini sağladığını keşfetti.

Bu nanofiberler, vücuda girdikten sonra, çevreleyen dokunun hücre dışı matrisini taklit ederek yapısını, hareketini ve biyoaktif sinyallerini eşleştirir. Bu, sentetik malzemelerin hücrelerle etkili bir şekilde iletişim kurmasını sağlar.

Stupp, "Hücresel reseptörler sürekli hareket eder," diye belirtti. "Moleküllerimizi hareket ettirerek, 'dans ettirerek' veya hatta geçici olarak bu yapılardan sıçratarak, supramoleküler polimerler olarak bilinen, reseptörlerle daha etkili bir şekilde bağlantı kurabiliyorlar."

Çalışmada, ekip kıkırdak oluşumu ve bakımı için kritik bir proteinin reseptörlerine odaklandı ve dönüştürücü büyüme faktörü beta-1'in (TGFb-1) biyoaktif sinyalini taklit eden dairesel bir peptit geliştirdi. Bu peptidi, her biri TGFb-1'i taklit eden, suda supramoleküler polimerler oluşturan iki farklı moleküle dahil ettiler. Bir polimer daha fazla moleküler harekete izin verirken, diğeri bunu kısıtladı.

Stupp, "Hareketlerinin kapsamı bakımından farklılık gösteren iki sistemi karşılaştırmak için yapıyı değiştirmek istedik." dedi. "Birindeki supramoleküler hareketin yoğunluğu, diğerindeki hareketten çok daha fazla."

Her iki polimer de TGFb-1 reseptörünü aktive ederken, daha hareketli moleküllere sahip olan önemli ölçüde daha etkiliydi. Bazı yönlerden, TGFb-1 reseptörünü aktive eden doğal proteinden bile daha iyi performans gösterdi.

"Üç gün sonra, daha hareketli moleküllerin uzun montajlarına maruz kalan insan hücreleri, kıkırdak rejenerasyonu için gerekli protein bileşenlerinden daha fazla miktarda üretti," dedi Stupp. "Kıkırdak matrisindeki bileşenlerden biri olan kolajen II'nin üretimi için, TGF-beta1 reseptörünü aktive eden siklik peptidi içeren dans eden moleküller, doğal proteinden bile daha etkiliydi."

Stupp'un ekibi şu anda bu sistemleri hayvan çalışmalarında test ediyor ve son derece biyoaktif tedaviler oluşturmak için ek sinyaller ekliyor. "Çalışmanın insan kıkırdak hücrelerindeki başarısıyla, son derece translasyonel klinik öncesi modellerde kullanıldığında kıkırdak rejenerasyonunun büyük ölçüde artacağını öngörüyoruz," dedi Stupp. "Eklemlerdeki kıkırdak dokusunun rejenerasyonu için yeni bir biyoaktif malzemeye dönüşmeli."

Laboratuvar ayrıca, bu yılın ilerleyen zamanlarında yayınlanması beklenen umut verici erken sonuçların yayınlanmasıyla, dans eden moleküllerin kemiği rejenerasyonundaki potansiyelini araştırıyor. Aynı zamanda, terapötik malzemelerin keşfini ve optimizasyonunu hızlandırmak için bu molekülleri insan organoidlerinde test ediyorlar.

Stupp'un ekibi ayrıca omurilik onarımı için tedaviyi test etmek üzere klinik denemeler için Gıda ve İlaç Dairesi'ne bir dava oluşturuyor.

"'Dans eden moleküller' hakkındaki bu temel keşfin uygulanabileceği koşulların muazzam genişliğini görmeye başlıyoruz," dedi Stupp. "Kimyasal tasarım yoluyla süpermoleküler hareketi kontrol etmek, bir dizi rejeneratif tedavinin etkinliğini artırmak için güçlü bir araç gibi görünüyor."

Not: Yukarıda The Brighter Side of News tarafından sağlanan materyaller. İçerik, stil ve uzunluk açısından düzenlenebilir.

Kaynak: The Bright Side of the news