Hjerneslag er fortsatt en av de store utfordringene moderne medisin står overfor. I Spania er det den ledende dødsårsaken blant kvinner og den nest hyppigste dødsårsaken totalt sett , noe som gir mange overlevende varige konsekvenser som påvirker hverdagen deres. Selv om det finnes behandlinger for å prøve å løse opp eller fjerne blodproppen som blokkerer hjernearterien, er realiteten at et betydelig antall pasienter ikke får behandling i tide eller ikke oppfyller kvalifikasjonskravene.
I denne sammenhengen har en gruppe spanske forskere tatt et slående skritt mot en annen tilnærming: i stedet for bare å åpne arterien, leter de etter måter å aktivere hjernens egne naturlige beskyttelses- og reparasjonsmekanismer . Forslaget deres innebærer en liten silkelapp som implanteres direkte på hjernens overflate etter et hjerneslag.
En silkeplaster som hjelper hjernen med å reparere seg selv
Utviklingen av denne silkefibroinplasteren utføres av et team fra Polytekniske Universitet i Madrid (UPM), i samarbeid med Complutense Universitet i Madrid (UCM) og det spanske nasjonale forskningsrådet (CSIC). Det er et naturlig, biokompatibelt og resistent biomateriale, utvunnet fra silkekokonger, som tilpasser seg godt til hjernevev og tåler enzymatisk nedbrytning i den nødvendige tiden.
Enheten plasseres på hjernens overflate, rett over området som er berørt av hjerneslaget. Derfra fungerer den som en plattform som frigjør et spesifikt molekyl, SDF-1α (også kjent som CXCL12), på en kontrollert måte . Dette proteinet fungerer som et signal for stamceller, og oppmuntrer dem til å migrere til det skadede området og holde seg i det miljøet.
Frem til nå har det vært langt fra enkelt å bruke terapeutiske molekyler eller stamceller i sentralnervesystemet. Stoffenes sårbarhet og de naturlige barrierene som beskytter hjernen (som blod-hjerne-barrieren) gjør det vanskelig for dem å nå det skadde området i tilstrekkelig mengde og forbli aktive i den nødvendige tiden.
Silkeplasteret forsøker å overvinne dette problemet ved å tilby stabil fysisk støtte, i direkte kontakt med hjernevevet, noe som tillater en vedvarende frigjøring av SDF-1α i minst en uke , et kritisk tidsvindu etter hjerneslag der mye av skaden og gjenopprettingspotensialet avgjøres.
Hvordan SDF-1α-molekylet fungerer og hvorfor det er så relevant
Nøkkelen til denne strategien ligger i funksjonen til SDF-1α. Dette molekylet tilhører kjemokinfamilien og er involvert i å styre migrasjonen av ulike typer stam- og progenitorceller . I studien observerte forskere at stabilisering av SDF-1α med silkefibroinfilmer bidrar til å bevare dens biologiske aktivitet lenger.
Når SDF-1α frigjøres fra plasteret, fremmer det ankomsten av mesenkymale stamceller og hematopoietiske progenitorer til den skadde hjerneregionen. Det tiltrekker dem ikke bare, men oppmuntrer dem også til å bli værende der det trengs, og minimerer spredningen deres til andre områder der effekten ville være mindre gunstig.
Tilstedeværelsen av disse cellene i området med hjerneinfarktet kan bidra til å aktivere selvbeskyttelses- og selvreparasjonsmekanismer : frigjøring av nevrobeskyttende faktorer, modulering av lokal betennelse, støtte til overlevelse av skadede nevroner og potensielt fremme av en viss grad av regenerering av det berørte vevet.
Kombinasjonen av et stabilt og biokompatibelt biomateriale (silkefibroin) med et signalmolekyl som SDF-1α gjør det mulig å opprettholde en kjemisk gradient på hjernens overflate som styrer bevegelsen av stamceller når vevet er mest sårbart etter et hjerneslag.
Resultater i dyremodeller: mindre skade og bedre restitusjon
Silkeplasteret er ennå ikke testet på mennesker, men forsøk i dyremodeller gir interessante ledetråder. I studier utført med mus som hadde blitt utsatt for et eksperimentelt hjerneslag , oppnådde implantasjon av det bioaktive plasteret på hjernebarken flere effekter som forskere anser som betydelige.
For det første ble det observert en økning i rekruttering og retensjon av stamceller i implantatområdet sammenlignet med kontrollgruppene. Disse kontrollgruppene inkluderte dyr som gjennomgikk kirurgi uten behandling, andre med proteinfrie silkefilmer og andre som fikk SDF-1α i enkel løsning, uten biomaterialestøtte.
For det andre viste dyrene som ble behandlet med plasteret et mindre volum av hjerneinfarkt sammenlignet med referansegruppene. Etter omtrent to ukers oppfølging var området med skadet vev betydelig redusert i hjernene som hadde mottatt silkeplasteret lastet med molekylet.
I tillegg til størrelsen på hjerneslaget, vurderte forskerne funksjonell bedring . Gjennom atferdstester og registreringer av hjernens elektriske aktivitet fant de at de behandlede musene viste en mer markert gjenoppretting av sensorimotorisk fingerferdighet og elektriske mønstre endret av hjerneslaget.
Samlet sett støtter disse resultatene ideen om at plasteret ikke bare har en strukturell effekt på lesjonsvolumet, men også fører til en praktisk forbedring av de evnene som hjerneslaget hadde svekket. Likevel bemerker forfatterne selv at dette for øyeblikket er en eksperimentell tilnærming i den prekliniske fasen.
Et stort helseproblem i Spania og Europa
For å forstå hvorfor denne typen prosjekt skaper så mye forventning, er det verdt å huske på virkningen av hjerneslag. I Spania og resten av Europa regnes hjerneslag som en av de mest alvorlige og hyppige nevrologiske tilstandene . Det oppstår når en arterie som forsyner hjernen med oksygen og næringsstoffer blokkeres, noe som utløser at nerveceller dør i løpet av få minutter.
Tallene er slående: hjerneslag er anslått å være den ledende dødsårsaken blant kvinner og den nest hyppigste dødsårsaken totalt sett. Blant de overlevende sitter mellom 30 % og 40 % igjen med varige effekter som spenner fra motoriske og talevansker til kognitive problemer eller begrensninger i å utføre daglige gjøremål.
For tiden fokuserer behandlingsalternativene på å bryte opp eller fjerne blodproppen som blokkerer arterien (ved hjelp av trombolytiske legemidler eller mekaniske trombektomiteknikker). Disse tiltakene har imidlertid svært begrensede tidsvinduer og strenge inklusjonskriterier, noe som gjør at mange pasienter ikke har tilgang til disse mulighetene.
Et annet viktig poeng er at selv når arterien åpnes igjen, har medisinen svært få verktøy for å reparere det allerede skadede området . Med andre ord kan utviklingen av hjerneslaget bremses, men kapasiteten til å regenerere hjernevev er fortsatt ekstremt begrenset. Derfor er interessen for nevrobeskyttende og regenerative terapier som den som er foreslått med silkeplasteret.
Biomaterialer og stamceller: et voksende arbeidsområde
I flere tiår har det vitenskapelige miljøet studert potensialet til nevrobeskyttende molekyler og stamcellebaserte terapier for å redusere hjerneslagrelaterte skader og uførhet. En av de største utfordringene har imidlertid vært hvordan man skal levere disse behandlingene til nøyaktig riktig sted, i riktig mengde og i riktig varighet.
Biomaterialer som silkefibroin tilbyr en mellomløsning: de lager et fysisk stillas som aktive stoffer kan lastes inn på og frigjøres på en lokalisert måte. Når det gjelder hjernen, tar denne strategien sikte på å overvinne de fysiske og kjemiske barrierene som hindrer passasjen av legemidler fra blodet til nervevevet.
Fibroin er kjent for sin biokompatibilitet og motstand mot enzymatisk nedbrytning , noe som muliggjør justering av plasterets nedbrytningshastighet og dermed frigjøringshastigheten til den terapeutiske forbindelsen. Videre letter dets naturlige opprinnelse og muligheten for å bearbeide det til tynne ark håndteringen i kirurgiske omgivelser.
Arbeidet som ledes av UPMs biomedisinske teknologisenter faller innenfor denne forskningslinjen ( medisinske fremskritt som redder liv ), og foreslår en strategi basert på biokompatible naturlige biomaterialer for å aktivere hjernens egne selvbeskyttelses- og selvreparasjonsmekanismer. Det handler ikke så mye om å introdusere store mengder eksterne stamceller, men snarere om å skape lokale forhold slik at celler som allerede er tilstede eller administrert, kan fungere mer effektivt.
Fra laboratoriet til potensiell klinisk anvendelse
Utover de eksperimentelle resultatene, er et av de mest slående aspektene ved dette prosjektet at potensialet for storskala produksjon allerede vurderes . SILKBIOMED, et avknoppningsselskap fra UPM (Det tekniske universitetet i Madrid), har jobbet med å standardisere prosessen for produksjon av silkelapper.
Det er viktig å ha en reproduserbar produksjonsmetode hvis målet i fremtiden er å gå over til kliniske studier på mennesker og etter hvert kommersialisering. Standardisering sikrer at plastrene har homogene egenskaper når det gjelder tykkelse, proteininnhold og frigjøringsatferd for SDF-1α.
Prosjektet er en del av MINA-CM- initiativet , finansiert av Madrid-regionen, som fremmer ny teknologi for diagnostisering og behandling av nevrologiske sykdommer med høy effekt, som hjerneslag, Alzheimers og Parkinsons. Denne typen program legger til rette for samarbeid mellom universiteter, forskningssentre og teknologiselskaper.
Til tross for fremgangen insisterer forskere på at det fortsatt er lang vei å gå før en slik enhet kan innlemmes i klinisk praksis. Dens sikkerhet og effekt må demonstreres i større studier , doseringer justeres, optimal tidspunkt for implantasjon etter hjerneslag defineres, og dens oppførsel evalueres i menneskelige hjerner, som er mer komplekse enn dyremodeller.
Arbeidet, hvis resultater er publisert i det vitenskapelige tidsskriftet Regenerative Biomaterials , presenteres også som en mulig inngangsport til å håndtere andre akutte hjerneskader, som traumatiske hjerneskader, der behovet for reparasjonsstrategier er like presserende.
Med all denne bakgrunnen fremstår silkeplasteret for slagpasienter som et eksempel på hvordan kombinasjonen av biomaterialer, stamcellebiologi og biomedisinsk ingeniørfag kan åpne veier som for bare noen få år siden virket nesten som science fiction. Selv om det fortsatt er i eksperimentell fase, plasserer muligheten for at en enkel enhet plassert på hjernen kan bidra til å redusere slagskader og forbedre funksjonell restitusjon, dette prosjektet blant forskningsområdene som må følges nøye i årene som kommer.
