Sincronizarea semnalelor regenerative poate fi esențială pentru o vindecare mai bună după leziuni
De câteva decenii, medicina urmărește un obiectiv simplu, dar greu de realizat: livrarea medicamentului potrivit, în locul potrivit, la momentul potrivit. O nouă cercetare de la Universitatea din Oregon sugerează că, în cazul vindecării după o leziune, momentul în care sunt oferite semnalele regenerative ar putea fi chiar mai important decât s-a crezut anterior.
Descoperirile sugerează o posibilă explicație pentru care unele terapii regenerative nu reușesc în clinică, în ciuda succesului în laborator: acestea ar putea livra semnalele regenerative corecte, dar în ordinea greșită. Studiul demonstrează, de asemenea, o metodă prin care se poate controla cu precizie rata de eliberare a semnalelor regenerative, ceea ce ar putea ajuta în viitor medicii să trateze mai bine leziunile complexe care necesită multiple tratamente livrate într-o ordine specifică, pentru a imita procesul natural de vindecare al corpului.
În două studii publicate recent în Biomacromolecules și în Journal of Controlled Release, oamenii de știință de la Phil and Penny Knight Campus for Accelerating Scientific Impact au arătat că eliberarea semnalelor specializate de reparare a țesuturilor într-o secvență alternată a condus la o regenerare mai bună a vaselor de sânge, comparativ cu eliberarea acestora simultan.
„Printr-o eliberare alternativă, am învățat mai multe despre ordinea în care aceste semnale acționează în timpul procesului de regenerare și cum acest timing contribuie la o vindecare mai bună”, a declarat Marian Hettiaratchi. „Acest lucru ar putea explica de ce unele terapii promițătoare nu au realizat potențialul în rândul pacienților. Pentru viitorii pacienți, a obține momentul corect ar putea fi la fel de important ca a obține semnalele biologice corecte.”
Abordarea echipei se bazează pe affibodies, proteine inginerizate care funcționează similar cu anticorpii, dar sunt de aproximativ zece ori mai mici. Spre deosebire de anticorpii naturali, care evoluează pentru a recunoaște invadatori străini, cum ar fi virusurile, affibodies pot fi proiectate de la zero pentru a se lega de aproape orice țintă. În acest caz, acestea se leagă de semnalele biologice sau factori de creștere, care dirijează repararea țesuturilor.
Laboratorul lui Hettiaratchi a proiectat affibodies pentru a se menține atașate de anumite semnale regenerative, numite factori de creștere, blocând temporar activitatea acestora. În funcție de cât de strâns se prinde un affibody de ținta sa, factorul de creștere este eliberat la o rată diferită și devine biologic activ în interval de la câteva minute până la câteva zile.
Crearea affibodies cu o forță de legare precis ajustată a fost realizată de studentul absolvent Justin Svendsen, un biochimist talentat în modelare computațională. Svendsen a utilizat modele pe computer pentru a proiecta affibodies care vizează factorii de creștere implicați în formarea vaselor de sânge, apoi a validat specificitatea acestora în laborator. A folosit aceeași abordare computațională pentru a prezice modul în care mici mutații genetice ar schimba rata de eliberare a unui affibody, examinând sute de designuri candidate pe computer înainte de a le testa în laborator.
„Creăm, practic, temporizatoare moleculare”, a afirmat Svendsen. „Prin introducerea unei singure mutații, putem programa un affibody să elibereze factorul său de creștere țintă în câteva minute, ore sau chiar zile.”
Primul studiu, publicat în Biomacromolecules, a stabilit că o singură mutație genetică ar putea schimba cronologia de eliberare a unui affibody de la câteva minute până la șapte zile, demonstrând că proiectarea computațională ar putea ajusta în mod fiabil comportamentul proteinelor înainte de a fi efectuat vreun experiment în laborator.
Al doilea studiu, publicat în Journal of Controlled Release împreună cu coautorul Chandler Asnes, a extins abordarea de la un factor de creștere la trei, toți implicați în regenerarea vaselor de sânge. Prin înlocuirea diferitelor affibodies, fiecare ajustat pentru a elibera ținta sa într-un program diferit, cercetătorii au putut livra cei trei factori de creștere în orice ordine au dorit.
Regenerarea vaselor de sânge a fost semnificativ mai proastă atunci când toți cei trei factori de creștere au fost eliberați simultan, comparativ cu eliberarea lor într-o secvență alternată. Cercetătorii suspectează că acest lucru se datorează faptului că factorii de creștere depind de context, aceeași moleculă putând promova creșterea de noi vase de sânge într-un mediu și provocând regresia vaselor existente în altul.
Abordarea ar putea extinde aplicațiile dincolo de repararea vaselor de sânge, afirmă cercetătorii. Deoarece proiectarea affibodies este în mare parte computațională, noii candidați pot fi modelați și examinați mult mai repede decât prin metode care se bazează exclusiv pe laborator, un flux de lucru pe care laboratorul lui Hettiaratchi îl aplică acum pentru vindecarea oaselor, repararea mușchilor și regenerarea măduvei spinării.
„Ar putea revoluționa modul în care abordăm leziunile care necesită multiple intervenții terapeutice livrate cu precizie”, a spus Hettiaratchi.
Svendsen a menționat că echipa vede potențial în diverse tipuri de leziuni. „Suntem entuziasmați să aplicăm aceasta în diverse tipuri de țesuturi și celule”, a afirmat el. „Credem că aplicațiile ar putea varia de la leziuni sportive la condiții medicale mult mai grave.”
