Gli scienziati della Northwestern Medicine hanno sviluppato una "impalcatura" molecolare in grado di migliorare l'attività elettrica e la crescita dei neuroni, che potrebbe rivelarsi utile nel trattamento delle lesioni del midollo spinale, secondo i recenti risultati pubblicati su ACS Nano .
Secondo il National Spinal Cord Injury Statistical Center, ogni anno vengono diagnosticate 17.730 nuove lesioni del midollo spinale e si stima che negli Stati Uniti vivano con lesioni del midollo spinale 291.000 persone.
Lesioni al sistema nervoso centrale, comprese le lesioni del midollo spinale, spesso provocano disfunzioni a lungo termine del sistema nervoso, poiché tali neuroni hanno una capacità limitata di rigenerarsi. L'attuale studio ha studiato nuovi approcci per migliorare il processo di ricrescita, secondo Samuel Stupp, Ph.D., professore di scienza e ingegneria dei materiali, chimica, medicina e ingegneria biomedica, autore senior dello studio. /P>
"Terapie efficaci per la rigenerazione del sistema nervoso centrale non sono sostanzialmente disponibili al momento", ha affermato Stupp, che è anche il direttore fondatore del Simpson Querrey Institute for BioNanotechnology (SQI) e del suo centro di ricerca affiliato, il Center for Regenerative Nanomedicine. "Ci sono alcune idee sull'utilizzo di cellule staminali e farmaci a piccole molecole, ma il nostro approccio è qualcosa di molto diverso.
"Abbiamo sviluppato fibre su scala nanometrica, formate da decine di migliaia di molecole, con la capacità di segnalare neuroni e altre cellule e costruite con elementi costitutivi naturali che sono completamente sicuri da usare. In base alla progettazione, le nanofibre idrosolubili si gelificano istantaneamente in un struttura simile a un'impalcatura dopo l'iniezione in un sito tissutale in cui è necessaria la rigenerazione. Dopo alcune settimane, l'impalcatura inizia i processi rigenerativi e poi si disintegra in nutrienti per le cellule."
Precedenti ricerche hanno dimostrato che alcune proteine possono essere introdotte in un sito di lesione del midollo spinale per favorire la guarigione, ma la breve emivita delle proteine impedisce loro di fornire risultati duraturi.
Nello studio, i ricercatori hanno cercato di sviluppare un nuovo tipo di nanofibra che imita la bioattività della proteina netrina-1 e potrebbe fornire segnali in modo sostenibile ai neuroni per lunghi periodi di tempo. È noto che la netrina-1 promuove nuove connessioni neurali e la crescita e potrebbe essere determinante nel guidare gli assoni, le lunghe estensioni dei neuroni che trasmettono segnali elettrici, verso i loro obiettivi per consentire la capacità di camminare dopo una lesione del midollo spinale.
In primo luogo, i ricercatori dello studio hanno progettato un peptide anfifilo, il tipo di molecola utilizzata nel laboratorio Stupp per creare nanofibre bioattive, che aveva un peptide circolare mimetico netrina-1 attaccato per interagire con uno specifico recettore cellulare. Secondo lo studio, il peptide mimetico netrina-1 è estremamente piccolo rispetto alla proteina e contiene una sequenza di aminoacidi chiave che ha attivato i recettori cellulari mirati per la bioattività desiderata.
Quando i ricercatori hanno esposto le nanofibre ai neuroni corticali dei topi in vitro, hanno osservato una maggiore attività elettrica e una maggiore crescita di neuriti, indicatori chiave della rigenerazione dei nervi. Secondo lo studio, l'analisi delle proteine ha confermato che le nanofibre attivavano i recettori neuronali della netrina-1 e imitavano con successo la proteina per periodi di tempo più lunghi.
"Abbiamo visto che la nanofibra anfifila del peptide mimetico netrina-1 era in grado di essere altrettanto bioattiva quanto la proteina netrina-1", ha affermato Cara Smith, Ph.D. in ingegneria biomedica. candidato nel laboratorio Stupp e primo autore dell'articolo. "Non solo è stato in grado di migliorare la crescita dei neuriti, ma è stato anche in grado di influenzare la maturazione neuronale e guidare lo sviluppo di nuove sinapsi, o punti di comunicazione tra neuroni."
Il laboratorio Stupp ha già completato uno studio preliminare che valuta le capacità di guarigione della nanostruttura negli animali vivi, con alcuni primi risultati promettenti, ha affermato Stupp.
"Questa nanofibra offre una visione per terapie molto potenti per la rigenerazione del sistema nervoso centrale che sono completamente sicure da usare, bioattive e molto efficaci", ha detto Stupp. "Possono anche biodegradarsi in modo sicuro una volta svolto il loro lavoro. Questo tipo di piattaforma non esiste al momento."
Ulteriori informazioni: Cara S. Smith et al, Crescita neuronale e attività elettrica migliorate mediante una nanofibra mimetica netrina-1 supramolecolare, ACS Nano (2023). DOI:10.1021/acsnano.3c04572. pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acsnano.3c04572
Informazioni sul giornale: ACS Nano
Fornito dalla Northwestern University
