Gravi lesioni del midollo spinale riparate con successo dalle “molecole danzanti”

Traduzione a cura della redazione – Marisa Menna

11 novembre 2021

Già dopo una singola iniezione gli animali paralizzati hanno riacquistato la capacità di camminare in quattro settimane.

I ricercatori della Northwestern University hanno sviluppato una nuova terapia iniettabile che sfrutta “molecole danzanti” per invertire la paralisi e riparare i tessuti dopo gravi lesioni del midollo spinale.

Hanno somministrato una singola iniezione ai tessuti che circondano il midollo spinale di topi paralizzati. Solo quattro settimane dopo, gli animali hanno riacquistato la capacità di camminare. La ricerca è stata pubblicata anche dalla rivista Science ed è disponibile on line.

La terapia consiste nell’iniettare localmente uno speciale liquido che forma una complessa rete di nanofibre simile alla matrice extracellulare del midollo spinale. A seconda di come viene progettata questa ‘impalcatura’ artificiale, è possibile regolare il movimento delle molecole al suo interno, in modo da favorire il loro legame con i recettori delle cellule. Le molecole innalzano una struttura di sostegno nella zona della lesione spinale e procedono con la riparazione.
Inviando segnali bioattivi per indurre le cellule a ripararsi e rigenerarsi questa terapia rivoluzionaria ha notevolmente migliorato il midollo spinale gravemente ferito in cinque punti chiave:

1. Le estensioni recise dei neuroni, chiamate assoni, 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, non risultava danneggiata;
4. I vasi sanguigni erano funzionali formati per fornire nutrienti alle cellule nel sito della lesione;
5. I motoneuroni risultavano sani dopo il trattamento.

Inoltre i materiali necessari alla terapia si biodegradano in sostanze nutritive per le cellule entro 12 settimane dalla somministrazione, non provocando alcun effetto collaterale.

“La nostra ricerca mira a trovare una terapia che possa impedire alle persone di rimanere paralizzate dopo gravi traumi o malattie. Per decenni questa è rimasta una grande sfida per gli scienziati 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. Andremo direttamente alla 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” ha affermato Samuel Stupp della Northwestern che ha guidato lo studio.

Samuel Stupp è Professore di Scienze e Ingegneria dei Materiali e Ingegneria, Chimica, Medicina e Ingegneria Biomedica presso la Northwestern, dove è direttore fondatore del Simpson Querrey Institute for BioNanotechnology (SQI) e del suo centro di ricerca affiliato, il Center for Regenerative Nanomedicine. Ha incarichi presso la McCormick School of Engineering, il Weinberg College of Arts and Sciences e la Feinberg School of Medicine.
Secondo il National Spinal Cord Injury Statistical Center, quasi 300.000 persone vivono attualmente con una lesione al midollo spinale negli Stati Uniti. La vita per questi pazienti può essere incredibilmente difficile. Meno del 3% delle persone con lesioni complete recupera le funzioni fisiche di base e circa il 30% viene ri-ospedalizzato almeno una volta in un 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.

“Attualmente, non esistono terapie che attivano la rigenerazione del midollo spinale. Volevo fare la differenza sugli esiti della lesione 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 l’ictus”, ha affermato Stupp.

Le “molecole danzanti” colpiscono bersagli in movimento

Il segreto dietro la nuova terapia rivoluzionaria di 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.

La struttura creata dalla terapia sperimentale consente di controllare il movimento di oltre 100 mila molecole, che si spostano tra le nanofibre per riparare le lesioni del midollo spinale.

“I recettori nei neuroni e in altre cellule si muovono costantemente.”, ha detto Stupp, “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 in modo più efficace con i recettori”.

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.

Un’iniezione, due segnali

Una volta connesse ai recettori, le molecole in movimento attivano due segnali a cascata, entrambi fondamentali per la riparazione del midollo spinale. Un segnale spinge le lunghe code dei neuroni nel midollo spinale, chiamate 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 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, che agisce come una barriera fisica che impedisce la guarigione del midollo spinale
Secondo Samuel Stupp questa nuova terapia potrebbe essere utilizzata per prevenire la paralisi dopo traumi importanti nonché da malattie neurodegenerative e applicata anche ad altre terapie e bersagli di interesse biomedico.

Attualmente il team di ricercatori dell’Università statunitense si è rivolto alla Food and Drug Administration (Fda), ente di controllo e regolamentazione dei farmaci e delle cure negli Stati Uniti, per ottenere ulteriori autorizzazioni sperimentali sull’uomo per tentare l’applicazione su casi di persone paraplegiche.

Fonte:

Northwestern University

Ansa

Sciencedaily 

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