Увреждане на гръбначния мозък (SCI): Използване на биоактивни скелета за възстановяване на функцията

Самосглобява се наноструктури образувани с помощта на надмолекулни полимери съдържащи пептидни амфифили (PAs), съдържащи биоактивни последователности, са показали страхотни резултати в миши модел на SCI и имат огромно обещание при хора за ефективен лечение на това инвалидизиращо състояние, което сериозно засяга качеството на живот и психичното здраве на засегнатите хора, както и членовете на техните семейства и е сериозно бреме за здравната и социална система. 

A гръбначен мозък нараняване, често причинено от внезапен удар или порязване на гръбначния стълб, води до трайна загуба на сила, усещане и функция под мястото на нараняването. Въпреки че няма добре установено лечение за такива наранявания, бяха публикувани множество изследователски статии, за да се разбере молекулярната патология на нараняванията на гръбначния стълб и да се изготви предложения за регенериране на засегнатата тъкан, като по този начин се насърчава функционалното възстановяване и впоследствие позволява на хората да водят по-продуктивен и независим живот. Напредъкът в науката и технологиите за разбиране на молекулярните механизми, лежащи в основата на увреждането на гръбначния мозък, и сугестивните терапевтични подходи, в допълнение към рехабилитацията и помощните устройства, ще извършат дълъг път при възстановяването на хората от такива остри наранявания и ще им помогнат да водят повече смислен живот. 

В скорошна статия, публикувана в Science на 11 ноември 2021 г., Алварез и колегите му тестваха супрамолекулни полимери, съдържащи пептидни амфифили (PAs), в миши модел на парализиращо увреждане на гръбначния мозък на човека (SCI)^1. Тези PAs съдържат два окончателни сигнала, първият активира трансмембранния рецептор β1-интегрин, а вторият активира основния рецептор на растежен фактор на фибробластите 2. Пептидните амфифили (PAs) са малки молекули, които съдържат хидрофобни компоненти, ковалентно свързани с низ от аминокиселини (пептиди). Пептидната последователност може да бъде проектирана да образува β-листове, докато остатъците, най-отдалечени от опашката, са заредени за насърчаване на разтворимост и могат да съдържат биоактивна последователност. При разтваряне във вода, тези PAs претърпяват образуване на β-лист и хидрофобен колапс на алифатните опашки и предизвикват сглобяване на молекулите в супрамолекулни едномерни наноструктури (напр. цилиндрични или лентоподобни нановлакна с висок аспект на съотношение). Сглобяването обикновено се индуцира чрез различна концентрация, рН и въвеждане на двувалентни катиони^2,3. Тези наноструктури са изключително важни за биомедицинските функции поради способността им да показват висока плътност на биологични сигнали на повърхността си за насочване или активиране на пътища. 

Чрез създаване на мутации в пептидната последователност в несигнализиращия, небиоактивен домен, се наблюдава интензивно супрамолекулно движение в нановлакната, като по този начин се подобрява възстановяването от SCI. Мутацията с най-висока интензивна динамика доведе не само до повторно израстване на аксон и миелинизация, но също така доведе до образуване на кръвоносни съдове (реваскуларизация) и оцеляване на моторните неврони. 

По този начин тези супрамолекулни полимери, съдържащи пептидни амфифили (PAs), имат голямо обещание за подпомагане на хората да се възстановят от SCIs, които могат да имат опустошителни ефекти върху живота на пациентите, както физически, така и емоционално. Освен това, тези самосглобяващи се наноструктури, направени от супрамолекулни полимери, съдържащи пептидни амфифили (PAs), могат да бъдат използвани за различни биомедицински приложения, като напр. наркотик доставка, костна регенерация и намаляване на загубата на кръв по време на вътрешно кървене. 

*** 

Препратки 

1. Алварес З., и др 2021. Биоактивните скелета с подобрено супрамолекулно движение насърчават възстановяването от нараняване на гръбначния мозък. наука. Публикувана на 11 ноември 2021 г. Том 374, брой 6569. стр. 848-856. DOI: https://doi.org/10.1126/science.abh3602 

2. Хартгеринк, JD; Бениаш, Е.; Stupp, SI Пептид-амфифилни нановлакна: универсално скеле за приготвяне на самосглобяващи се материали. Proc. Natl. Акад. Sci. САЩ 2002, 99, 5133–5138, DOI: https://doi.org/10.1073/pnas.072699999 

3. Пашък, ЕТ; Cui, H.; Stupp, SI Настройка на супрамолекулната твърдост на пептидните влакна чрез молекулярна структура. J. Am. Chem. Soc. 2010, 132, 6041–6046, DOI: https://doi.org/10.1021/ja908560n 

***