Northwestern Üniversitesinde çalışan araştırmacılar, ağır omurilik zedelenmelerinden sonra “dans eden moleküller” yardımıyla felci geri çeviren ve dokuyu onaran enjekte edilebilir bir terapi yöntemi geliştirmişler.
Yeni çalışmada araştırmacılar, felç olan farelerin omuriliklerini çevreleyen dokulara tek bir enjeksiyon uygulamışlar. Hayvanlar sadece dört hafta sonra yürüme kabiliyetlerini yeniden kazanmış.
Araştırma, dört gün önce Science bülteninde yayımlandı.
Devrim yaratan yeni terapi, hücrelerin onarımını ve yenilenmesini tetiklemek için biyoaktif sinyaller göndererek ağır şekilde zedelenen omurilikleri beş temel şekilde iyileştirmiş:
- Nöronların akson adı verilen kopmuş uzantıları yeniden oluşturulmuş.
- Yenilenme ve onarıma karşı fiziksel bir engel oluşturabilen yara dokusu önemli oranda kaybolmuş.
- Elektriksel sinyallerin etkili şekilde iletilmesi bakımından önem taşıyan aksonların yalıtıcı katmanı yeniden oluşmuş.
- İşlevsel damarlar oluşarak zedelenme bölgesindeki hücrelere besin iletilmiş.
- Daha fazla motor nöron hayatta kalmış.
Terapi işlevini yerine getirdikten sonra, kullanılan malzemeler 12 hafta içinde biyolojik şekilde çözülerek hücrelere besin sağlamış ve ardından hiç fark edilir yan etki olmadan vücuttan tamamen kaybolmuş. Yeni çalışma, tedavinin etkisini artırmak amacıyla toplu molekül hareketinin kimyasal yapıdaki değişimler üzerinden kontrol edildiği ilk araştırma niteliğinde.
Nortwestern Üniversitesinde görev yapan ve çalışmaya öncülük eden Samuel I. Stupp, “Araştırmamız, insanların büyük travma veya hastalıklardan sonra felç olmasını önleyebilecek bir terapi bulunmasını hedefliyor” diyor. “Ancak bu konu, bilim insanları için onlarca yıldır önemli bir zorluk teşkil etmişti çünkü beyin ile omuriliğin de içinde bulunduğu merkezi sinir sistemi, zedelenmeden veya dejeneratif bir hastalığın başlangıcından sonra kendini iyi onaramıyor. Yeni terapinin günümüzde çok az müdahale seçeneği bulunan insan hastalarda kullanılmasına onay alma sürecini başlatmak için doğrudan FDA’ya (Amerikan Gıda ve İlaç Dairesi) başvurduk.”
Yaşam beklentisi, 1980’lerden beri yükselmedi
ABD Ulusal Omurilik Zedelenmesi İstatistik Merkezine göre, bugün Birleşik Devletler’de yaklaşık 300.000 insan omurilik zedelenmesiyle yaşıyor. Bu hastaların hayatı, olağanüstü derecede zor olabiliyor. Tam zedelenme yaşayan kişilerin %3’ünden daha az bir kısmı, temel fiziksel işlevlerini geri kazanıyor. Yaklaşık %30’u ise başlangıçtaki zedelenmeden sonra en az bir defa yeniden hastaneye kaldırılıyor. Bu durum, hasta başına düşen ömür boyu sağlık masrafları bakımından ortalamada milyonlarca dolara mal oluyor. Omurilik zedelenmesi geçiren kişilerin yaşam beklentisi önemli oranda daha düşükken, 1980’li yıllardan bu yana da artış göstermemiş.
Onarıcı tıp uzmanı Stupp, “Günümüzde omuriliğin yenilenmesini tetikleyen bir terapi bulunmuyor” diyor. “Hastaların yaşamlarında meydana getirebileceği büyük etkiler düşünüldüğünde, omurilik zedelenmesinin sonuçlarında bir farklılık yaratmak ve bu sorunu ele almak istedim. Ayrıca omurilik zedelenmesinin ele alındığı yeni çalışmalar, nörodejeneratif hastalıklar ile felce dönük stratejilerde etki yaratabilir.”
‘Dans eden moleküller’, hareket eden hedeflere gidiyor
Stupp’ın devrim niteliğindeki yeni terapisinin ardındaki sır, moleküllerin hareketinin ayarlanmasında yatıyor. Moleküller bu sayede sürekli hareket eden hücresel reseptörleri bularak, onlarla uygun şekilde etkileşime girebiliyor. Sıvı şeklinde enjekte edilen terapi hızla jelleşerek, omuriliğin hücrelerarası matrisini taklit edilen karmaşık bir nano lif ağına dönüşüyor. Matrisin yapısıyla uyuşan, biyolojik moleküllerin hareketini taklit eden ve reseptör sinyallerini bünyesine katan bu yapay maddeler, hücreler ile iletişim kurabiliyor.
“Nöronlardaki ve diğer hücrelerdeki reseptörler, sürekli etrafta geziyor” diyor Stupp. “Araştırmamızda daha önce hiç gerçekleştirilmemiş en önemli yenilik, nano liflerimizin içerisinde 100.000’i aşkın molekülün ortak hareketini kontrol etmek. Moleküllerin hareket etmesini, ‘dans etmesini’ ve hatta çok moleküllü polimerler şeklinde bilinen bu yapılardan geçici olarak dışarı fırlamasını sağlayarak, reseptörler ile daha etkili şekilde bağlantı kurmalarına olanak tanıyoruz.”
Stupp ve araştırma takımı, moleküllerin nano lif ağındaki hareketine ince ayar uygulayarak onları daha faal hale getirmenin, felçli farelerin tedavisinde daha büyük etki gösterdiğini keşfetmiş. Artırılmış molekül hareketiyle geliştirdikleri terapi formüllerinin, insan hücreleriyle yapılan laboratuvar testlerinde daha iyi verim sunarak biyofaaliyet ile hücresel sinyalleşmeyi artırdığını görmüşler.
“Hücrelerin ve reseptörlerinin sürekli hareket halinde olduğu düşünüldüğünde, daha hızlı hareket eden moleküllerin bu reseptörler ile daha sık karşılaşacağını düşünebiliriz” diyor Stupp. “Moleküller miskin ve o kadar da ‘sosyal’ olmadıklarında, hücrelerle hiç temas etmeyebilirler.”
Bir enjeksiyon, iki sinyal
Hareket eden molükeller reseptörlere (bkz. almaç) bağlandığında, omurilik onarımında çok önemli olan iki ardışık sinyal tetikliyor. Sinyallerden biri, omurilikteki nöronların akson adı verilen uzun kuyruklarını yenilenmeye teşvik ediyor. Aksonlar, beyin ve vücudun geri kalanı arasında elektrik kabloları gibi sinyal gönderiyor. Aksonların kopması veya hasar görmesi, vücutta his kaybı ve hatta felç ile sonuçlanabiliyor. Diğer taraftan aksonların onarılması, vücut ve beyin arasındaki iletişimi artırıyor.
İkinci sinyal ise diğer hücre tiplerinin çoğalmasına sebep oluyor ve nöronlar ile doku onarımı yönünden önemli hücreleri besleyen kayıp damarların yeniden büyümesini destekliyor. Böylelikle, nöronların zedelenmeden sonra hayatta kalmasına yardımcı oluyor. Terapi aksonların etrafında miyelin oluşumunu teşvik ederek, omuriliğin iyileşmesini önleyen fiziksel bir engel şeklinde davranan gliyal yara oluşumunu da azaltıyor.
Çalışmanın birinci yazarı ve daha önce Stupp’ın laboratuvarında yardımcı profesör olan Zaida Alvarez, “Bu çalışmada kullanılan sinyaller, istenen biyolojik tepkilerin teşvikinde ihtiyaç duyulan doğal proteinleri taklit ediyor” diyor. “Fakat son derece kısa yarı ömre sahip proteinlerin üretilmesi de masraflı. Bizim yapay sinyallerimiz ise, binlercesi birbirine bağlanınca haftalar boyunca hayatta kalarak biyofaaliyet sağlayan kısa, değiştirilmiş peptitler. Nihai sonuç, üretmesi daha ucuz olan ve çok daha uzun süre dayanan bir terapi.”
Evrensel uygulama
Yeni terapi, hem büyük bir travmadan (araba kazaları, düşmeler, spor kazaları veya silah yaralanmaları) hem de hastalıklardan kaynaklanan felcin önlenmesinde kullanılabilir. Fakat Stupp altta yatan keşfin (“çok moleküllü hareketin”, biyofaaliyette anahtar bir unsur olmasının) diğer terapi ve hedeflerde de uygulanabileceğini düşünüyor.
“Zedelenen omurilikte başarıyla yenilediğimiz merkezi sinir sistemi dokuları, inme veya ALS, Parkinson ve Alzheimer hastalığı gibi nörodejeneratif hastalıklardan etkilenen beyin dokularına benziyor” diyor Stupp. “Hücre sinyalleşmesini zenginleştirmek için moleküler tertibatların hareketini kontrol etmeye yönelik yaptığımız bu temel keşif, başka biyomedikal hedeflere de evrensel biçimde uygulanabilir.”
Yazar: Amanda Morris/Northwestern Üniversitesi. Çeviren: Ozan Zaloğlu.
