3D εκτύπωση: Ανοίγει τον δρόμο για την αποκατάσταση κακώσεων του νωτιαίου μυελού

Μία πρωτοποριακή μελέτη από το Πανεπιστήμιο της Μινεσότα ανοίγει νέες προοπτικές για τη θεραπεία των κακώσεων του νωτιαίου μυελού, συνδυάζοντας τρισδιάστατη (3D) εκτύπωση, βιολογία βλαστοκυττάρων και ανάπτυξη ιστών στο εργαστήριο. Η ερευνητική ομάδα κατάφερε για πρώτη φορά να κατασκευάσει ειδικά τρισδιάστατα «ικριώματα» (scaffolds) τα οποία καθοδηγούν την ανάπτυξη νέων νευρικών κυττάρων και μπορούν να συμβάλλουν στη λειτουργική αποκατάσταση μετά από σοβαρούς τραυματισμούς. Η μελέτη δημοσιεύτηκε πρόσφατα στο επιστημονικό περιοδικό Advanced Healthcare Materials και ήδη έχει προκαλέσει σημαντικό ενδιαφέρον στη διεθνή επιστημονική κοινότητα.

Το μέγεθος του προβλήματος

Σύμφωνα με το National Spinal Cord Injury Statistical Center των ΗΠΑ, περισσότεροι από 300.000 άνθρωποι στη χώρα ζουν με κάκωση του νωτιαίου μυελού. Οι περισσότεροι ασθενείς αντιμετωπίζουν μόνιμη αναπηρία, καθώς μέχρι σήμερα δεν υπάρχει θεραπεία που να αντιστρέφει πλήρως τη βλάβη. Το βασικό εμπόδιο είναι ο εκφυλισμός των νευρικών κυττάρων και η αδυναμία των νευρικών ινών να αναπτυχθούν ξανά διασχίζοντας την περιοχή του τραυματισμού. Η νέα μελέτη προσπαθεί να δώσει λύση σε αυτό ακριβώς το ζήτημα, ανοίγοντας τον δρόμο για θεραπείες που μέχρι πρότινος θεωρούνταν αδύνατες.

Η καινοτόμος μέθοδος

Η ερευνητική ομάδα ανέπτυξε μια διαδικασία που βασίζεται σε ένα μοναδικό τρισδιάστατα εκτυπωμένο ικρίωμα, το οποίο ονομάζεται organoid scaffold. Το ικρίωμα αυτό διαθέτει μικροσκοπικά κανάλια, μέσα στα οποία τοποθετούνται προγονικά νευρικά κύτταρα του νωτιαίου μυελού (sNPCs). Τα κύτταρα αυτά προέρχονται από βλαστοκύτταρα ενηλίκων και έχουν τη δυνατότητα να διαφοροποιηθούν σε εξειδικευμένους τύπους νευρώνων.

«Χρησιμοποιούμε τα κανάλια που δημιουργεί το τρισδιάστατο ικρίωμα ώστε να καθοδηγήσουμε την ανάπτυξη των βλαστοκυττάρων. Με αυτόν τον τρόπο οι νέες νευρικές ίνες κατευθύνονται όπως θέλουμε», εξηγεί ο Guebum Han, κύριος συγγραφέας της μελέτης. «Η διαδικασία αυτή δημιουργεί ένα είδος ‘συστήματος αναμετάδοσης’ που παρακάμπτει την κατεστραμμένη περιοχή του νωτιαίου μυελού».

Πειράματα σε ζώα

Για να ελέγξουν την αποτελεσματικότητα της μεθόδου, οι επιστήμονες μεταμόσχευσαν τα τρισδιάστατα εκτυπωμένα ικριώματα σε αρουραίους με πλήρη διατομή του νωτιαίου μυελού. Τα αποτελέσματα ήταν εντυπωσιακά:

• Τα προγονικά κύτταρα διαφοροποιήθηκαν σε νευρώνες.

• Οι νευρικές ίνες αναπτύχθηκαν και προς τις δύο κατευθύνσεις, τόσο προς το κεφάλι όσο και προς την ουρά.

• Δημιουργήθηκαν νέες συνδέσεις με τα υπάρχοντα νευρικά κυκλώματα των ζώων.

• Με τον καιρό, οι ιστοί ενσωματώθηκαν πλήρως στον ξενιστή, οδηγώντας σε σημαντική λειτουργική αποκατάσταση.

Με απλά λόγια, οι αρουραίοι παρουσίασαν αισθητή βελτίωση στις κινητικές τους ικανότητες, κάτι που θεωρείται τεράστιο βήμα για την έρευνα στον τομέα της αναγεννητικής ιατρικής.

Η σημασία της αναγεννητικής ιατρικής

«Η αναγεννητική ιατρική έχει φέρει μια νέα εποχή στην έρευνα για τις κακώσεις του νωτιαίου μυελού», δήλωσε η Ann Parr, καθηγήτρια Νευροχειρουργικής στο Πανεπιστήμιο της Μινεσότα. «Το εργαστήριό μας ανυπομονεί να διερευνήσει περαιτέρω τις δυνατότητες των ‘μίνι νωτιαίων μυελών’ που αναπτύσσουμε, ώστε κάποια στιγμή να εφαρμοστούν και σε ανθρώπους». Η χρήση βλαστοκυττάρων, σε συνδυασμό με την ακριβή καθοδήγηση της τρισδιάστατης εκτύπωσης, προσφέρει μια λύση που μέχρι πριν από λίγα χρόνια φαινόταν ανέφικτη. Αν η μέθοδος αποδειχθεί ασφαλής και σε μεγαλύτερης κλίμακας μελέτες, θα μπορούσε να αλλάξει ριζικά την αντιμετώπιση των παραπληγικών και τετραπληγικών ασθενών.

Προοπτικές και επόμενα βήματα

Αν και η έρευνα βρίσκεται ακόμη σε αρχικό στάδιο, τα αποτελέσματα δίνουν ελπίδα σε εκατοντάδες χιλιάδες ασθενείς σε όλο τον κόσμο. Η ομάδα της Μινεσότα σχεδιάζει να επεκτείνει την παραγωγή των scaffolds και να συνεχίσει τις μελέτες προκειμένου να αξιολογηθεί η μέθοδος σε πιο πολύπλοκα μοντέλα. Επιπλέον, θα χρειαστεί χρόνος ώστε να διερευνηθεί η μακροχρόνια σταθερότητα των νέων συνδέσεων και η πιθανότητα εφαρμογής τους σε ανθρώπους. Ωστόσο, το γεγονός ότι η τεχνική οδήγησε σε αποκατάσταση λειτουργιών σε πειραματόζωα, αποτελεί ήδη ένα μεγάλο επιστημονικό άλμα.

Η ανάπτυξη ενός τρισδιάστατα εκτυπωμένου «ικριώματος» που καθοδηγεί την ανάπτυξη νευρικών κυττάρων αντιπροσωπεύει μια από τις πιο ελπιδοφόρες προσεγγίσεις στην ιστορία της έρευνας για τον νωτιαίο μυελό. Ο συνδυασμός 3D εκτύπωσης, βλαστοκυττάρων και καλλιεργημένων ιστών στο εργαστήριο δείχνει ότι η πλήρης αποκατάσταση από τραυματισμούς που κάποτε θεωρούνταν μη αναστρέψιμοι ίσως δεν είναι πλέον ουτοπία. Αν η μέθοδος φτάσει μελλοντικά σε κλινική εφαρμογή, θα μπορούσε να αλλάξει τη ζωή εκατοντάδων χιλιάδων ανθρώπων σε όλο τον κόσμο, προσφέροντας μια πραγματική ευκαιρία αποκατάστασης και επανένταξης στην καθημερινότητα.