Urazy rdzenia kręgowego mogą mieć katastrofalne konsekwencje dla dotkniętych nimi osób, prowadząc na przykład do porażeń czterokończynowych. Komórki nerwowe w rdzeniu kręgowym rzadko się naturalnie regenerują. Blizny często uniemożliwiają odrost włókien nerwowych.

Aby przezwyciężyć te trudności, stosuje się na przykład wszczepianie komórek macierzystych oraz ich elektryczną stymulację, mającą pobudzić wzrost nowych komórek nerwowych. To podejście wymaga jednak wszczepionych elektrod, a przeszczepione komórki nie zawsze przeżywają lub prawidłowo integrują się z istniejącą tkanką.

Naukowcy z Politechniki Federalnej w Zurychu (ETH Zurich, Szwajcaria) połączyli żywe neuronalne komórki progenitorowe (NPC) ze specjalnie zaprojektowanymi magnetoelektrycznymi nanocząstkami. Dzięki temu połączeniu komórki mogą być magnetycznie kierowane dokładnie do miejsca urazu i pobudzane do przyspieszenia naprawy rdzenia.

NPC pochodzą z indukowanych pluripotentnych komórek macierzystych (komórek iPS), które są zwykłymi komórkami organizmu, przeprogramowanymi w laboratorium w celu odzyskania właściwości komórek macierzystych. Dzięki temu iPS mają potencjał do różnicowania się w różne typy komórek układu nerwowego.

Magnetoelektryczne nanocząstki składają się z dwóch warstw: wewnętrznej, która reaguje na pole magnetyczne, oraz warstwy zewnętrznej, która przekształca tę odpowiedź w sygnały elektryczne. Łącząc nanocząstki z komórkami progenitorowymi, naukowcy tworzą tzw. NPCboty o średnicy około sześciu mikrometrów (czyli tysięcznych cześci milimetra).

Zespół przetestował NPCboty na larwach danio pręgowanego (Danio rerio) z urazami rdzenia kręgowego. Larwa te małej ryby to organizm modelowy ceniony w biologii i medycynie. Szybko się rozwija, jest genetycznie podobna do kręgowców i przezroczysta, więc widać, co dzieje się wewnątrz ciała.

Mikroroboty zostały wprowadzone dokładnie w miejsce urazu dzięki zastosowaniu pola elektromagnetycznego. W ciągu trzech dni danio pręgowany pływał i zachowywał się niemal normalne.

Naukowcy przetestowali również NPCboty na myszach z całkowicie przerwanym rdzeniem kręgowym. I tu wyniki były obiecujące: po 28 dniach komórki nerwowe zwierząt ponownie połączyły się w miejscu urazu. W tym okresie leczone myszy wykazywały coraz bardziej normalne wzorce ruchu – ich chód, długość kroku, koordynacja i zachowania eksploracyjne uległy znacznej poprawie.

To szczególnie istotne, ponieważ w przeciwieństwie do danio pręgowanego, rdzeń kręgowy myszy normalnie się nie regeneruje. Leczenie było dobrze tolerowane przez zwierzęta, bez żadnych dowodów na działania niepożądane czy reakcje immunologiczne.

Elektryczna stymulacja komórek macierzystych (nanocząsteczki przekształcały sygnały magnetyczne bezpośrednio w impulsy elektryczne) znacznie zwiększyła ich różnicowanie po przeszczepie.

Wykorzystanie robotów NPC eliminuje potrzebę wszczepiania elektrod lub kabli – wystarczy zastosować zewnętrzne pola magnetyczne wokół miejsca urazu, bez narażanie rdzenia na kolejne urazy.

Pola magnetyczne może łatwo penetrować tkanki, a jego częstotliwość i natężenie można elastycznie dostosować do konkretnego zastosowania. Po stymulacji komórek progenitorowych i ich zróżnicowaniu w komórki nerwowe, roboty NPC powinny rozpuścić się w tkance. Dalsze badania pozwolą ustalić, czy i w jaki sposób cząstki ulegają degradacji lub wydalaniu w dłuższej perspektywie.

Zanim będzie można przetestować NPCboty na ludziach, trzeba na przykład sprawdzić, które pola magnetyczne działają najlepiej na ludzi i określić optymalny czas trwania stymulacji. Mikroroboty mogłyby również znaleźć zastosowania w kardiologii, onkologii, gojeniu ran i innych ukierunkowanych terapiach regeneracyjnych, pozwalając na lepszą kontrolę, skuteczność i bezpieczeństwo.

Paweł Wernicki (PAP)

pmw/ zan/