Ένας μικροσκοπικός τρισδιάστατος νευρικός ιστός δημιουργήθηκε στο εργαστήριο και αφού «ασθένησε» με νόσο Αλτσχάιμερ θεραπεύτηκε αποκαλύπτοντας στους ερευνητές έναν αναπάντεχο στόχο για την ανάπτυξη νέων φαρμάκων. Έλληνας βρίσκεται πίσω από το επίτευγμα.
Παρουσιάζεται ένα «μίνι» επίτευγμα το οποίο ελπίζεται ότι θα ανοίξει νέους, μεγάλους θεραπευτικούς δρόμους στην αντιμετώπιση μιας νευροεκφυλιστικής νόσου με τεράστιες επιπτώσεις στη ζωή εκατομμυρίων ανθρώπων αλλά και στα συστήματα υγείας. Το… μίνι επίτευγμα που ανήκει σε ειδικούς διαφορετικών ερευνητικών κέντρων της Γερμανίας, με πρώτο συγγραφέα σχετικής μελέτης έναν Έλληνα, αφορά έναν μικροσκοπικό ανθρώπινο εγκέφαλο. Για την ακρίβεια, αφορά ένα συνθετικό τρισδιάστατο κυτταρικό σύστημα με ανθρώπινα νευρικά κύτταρα που μιμείται βασικά χαρακτηριστικά του ανθρώπινου εγκεφάλου. Όσο για τους μεγάλους θεραπευτικούς δρόμους που ανοίγονται, αυτοί κρίνονται απολύτως απαραίτητοι καθώς για τη νόσο που προκαλεί τεράστια επιβάρυνση στον παγκόσμιο γηράσκοντα πληθυσμό και δεν είναι άλλη από τη νόσο Αλτσχάιμερ, οι σημερινές θεραπευτικές επιλογές είναι ελάχιστες έως ανύπαρκτες ενώ παράλληλα δεν υπάρχουν υποσχόμενες θεραπευτικές εξελίξεις εδώ και δεκαετίες. Έτσι το γεγονός ότι η ερευνητική ομάδα πέτυχε στο μοντέλο ανθρώπινου εγκεφάλου εργαστηρίου που δημιούργησε να αναγεννήσει τα νευρικά βλαστοκύτταρα τα οποία αποτελούν τη δεξαμενή δημιουργίας νέων νευρώνων που χάνονται στη νόσο Αλτσχάιμερ δημιουργεί όχι απλώς μεγάλες, αλλά τεράστιες ελπίδες για το μέλλον.
Δεξαμενή κυττάρων
Τα συγκεκριμένα βλαστοκύτταρα αποτελούν τη φυσική δεξαμενή του οργανισμού για την αναγέννηση των νευρώνων οι οποίοι χάνονται στους ασθενείς με νευροεκφυλιστικές νόσους όπως η νόσος Αλτσχάιμερ. Διερευνήθηκε το πώς μπορεί να αξιοποιηθούν τα νευρικά βλαστοκύτταρα ώστε να επιτευχθεί η αποκαλούμενη νευρωνική αναγέννηση και να δημιουργηθούν έτσι ουσιαστικές αναγεννητικές θεραπείες για το Αλτσχάιμερ – και όχι μόνο».
Προηγούμενη δημοσίευση σχετικού εργαστηρίου το 2016 είχε δείξει ότι σε ψάρια-ζέβρα μοντέλα της νόσου Αλτσχάιμερ το ανοσοποιητικό σύστημα και πιο συγκεκριμένα μια κυτταροκίνη που ονομάζεται ιντερλευκίνη-4 (Interleukin-4, IL-4) παίζει πρωτεύοντα ρόλο στην αναγέννηση και στον πολλαπλασιασμό των νευρικών βλαστοκυττάρων. Σημειώνεται ότι οι κυτταροκίνες είναι πρωτεΐνες που μεσολαβούν στην επικοινωνία των κυττάρων, παράγονται κυρίως από λεμφοκύτταρα και μακροφάγα κύτταρα του ανοσοποιητικού συστήματος και παίζουν σημαντικό ρόλο στην ανοσολογική απόκριση και στη φλεγμονή. Ωστόσο επισημαίνεται ότι μέχρι πρότινος ο άμεσος ρόλος της IL-4 στα ανθρώπινα νευρικά βλαστοκύτταρα παρέμενε άγνωστος.
Καλλιέργεια εγκεφάλου
Έτσι, η μελέτη στα ψάρια-ζέβρα που ανέδειξε την IL-4 ως σημαντικό «παίκτη» στην αναγέννηση των νευρικών βλαστικών κυττάρων και πιθανώς στην αντιμετώπιση των νευροεκφυλιστικών νόσων, ώθησε τον ερευνητή, να δημιουργήσει ένα συνθετικό τρισδιάστατο κυτταρικό σύστημα με ανθρώπινα νευρικά κύτταρα που μιμείται τα χαρακτηριστικά ενός μίνι ανθρώπινου εγκεφάλου.
Σε αυτό το σύστημα επιτεύχθηκε η τεχνητή πρόκληση της νόσου Αλτσχάιμερ και δειερευνήθηκε η δυνατότητα ενεργοποίησης των αναγεννητικών ικανοτήτων των ανθρώπινων βλαστοκυττάρων μέσω της IL-4 με στόχο την εύρεση θεραπειών για τη νόσο. Το πειραματικό αυτό «εργαλείο» που μιμείται χαρακτηριστικά γνωρίσματα της Αλτσχάιμερ σε ανθρώπινο εγκεφαλικό ιστό μπορεί να αποδειχθεί άκρως πολύτιμο για τη μελέτη τόσο των αιτίων της νόσου όσο και για τον εντοπισμό νέων θεραπευτικών, αποτελεσματικότερων προσεγγίσεων εναντίον της.
Σε τι όμως συνίσταται αυτός ο μίνι ανθρώπινος εγκέφαλος; Πρόκειται ουσιαστικά για τρισδιάστατα δίκτυα που θυμίζουν τους νευρωνικούς ιστούς του ανθρώπινου εγκεφάλου. Χρησιμοποιήθηκαν βιολογικά και συνθετικά πολυμερή και δημιουργήθηκε έτσι ένα “μαλακό” και διαφανές περιβάλλον που μπορεί να ρυθμιστεί ώστε να κατευθύνει τα ανθρώπινα νευρικά βλαστικά κύτταρα στο να δημιουργήσουν τρισδιάστατα δίκτυα τα οποία θυμίζουν τους νευρωνικούς ιστούς του ανθρώπινου εγκεφάλου.
Συγκεκριμένα το διαφανές, μαλακό βιοϋλικό που προσομοιάζει με τον εγκέφαλο αποτελείται από τη γλυκοζαμινογλυκάνη ηπαρίνη, το συνθετικό πολυμερές πολυαιθυλενική γλυκόλη καθώς και διαφορετικά πεπτίδια. Οι κυτταρικές καλλιέργειες αναπτύσσονται μέσα σε μικροσκοπικά δοχεία με χωρητικότητα μικρότερη του ενός ml. Μάλιστα το μέγεθος του περιβάλλοντος καλλιέργειας των κυττάρων είναι σχετικό. Διευκρινίζεται ότι και σήμερα υπάρχουν μοντέλα νόσων που βασίζονται σε ανθρώπινα βλαστικά κύτταρα. Ότι ωστόσο δεν είναι κατάλληλα για να διερευνήσουν τη νευρωνική αναγέννηση. Το σύστημά αυτό είναι μοναδικό σε ό,τι αφορά την ικανότητα των βλαστικών κυττάρων να συμπεριφέρονται με τρόπο παρόμοιο με εκείνον που συμπεριφέρονται στον εγκέφαλο».
Μοντέλο Αλτσχάιμερ
Έχοντας λοιπόν στα χέρια τους ένα τόσο καλό, πρωτοποριακό μοντέλο ανθρώπινου εγκεφάλου, οι επιστήμονες προχώρησαν ένα βήμα πιο πέρα και προκάλεσαν νόσο Αλτσχάιμερ σε αυτόν τον μίνι εγκέφαλο. Εξέθεσαν τα κύτταρα που είχαν καλλιεργηθεί με τον τρόπο που αναφέρθηκε παραπάνω σε β-αμυλοειδές, την πρωτεΐνη που εμπλέκεται στη νόσο Αλτσχάιμερ – οι ασθενείς με Αλτσχάιμερ εμφανίζουν εναπόθεση πλακών αυτής της πρωτεΐνης στον εγκέφαλο. Είδαν λοιπόν ότι μετά την έκθεση, ο μικροσκοπικός εγκέφαλος εμφάνισε όλα τα τυπικά παθολογικά χαρακτηριστικά της νόσου: συσσωματώσεις β-αμυλοειδούς (ο επιστημονικός όρος για τις πλάκες), εναπόθεση Τau (τ) πρωτεΐνης εντός των νευρώνων καθώς και μαζικές βλάβες στους νευρώνες και στις συνάψεις τους.
Οι ερευνητές διέθεταν πλέον όχι μόνο ένα «ζωντανό» σύστημα που εμφάνιζε τα βασικά χαρακτηριστικά ενός ανθρώπινου εγκεφάλου, αλλά και ένα μοντέλο νόσου Αλτσχάιμερ. Και σε αυτό το μοντέλο πέτυχαν το σημαντικότερο για όλους εμάς τους κοινούς θνητούς που αναζητούμε την πρακτική εφαρμογή των πειραμάτων, το τι τελικώς μπορεί να προσφέρουν στον πληθυσμό: αναστροφή της απώλειας νευρώνων. Με ποιον τρόπο; Με την IL-4. Με τη χρησιμοποίηση του μοντέλου της νόσου Αλτσχάιμερ που δημιουργήθηκε, ανακαλύφθηκε ένας νέος ρόλος του ανθρώπινου ανοσοποιητικού συστήματος για τη διατήρηση της αναγεννητικής ικανότητας των ανθρώπινων νευρικών βλαστικών κυττάρων. Στη νόσο Αλτσχάιμερ το κυνουρενικό οξύ, το οποίο έχει υπό κανονικές συνθήκες νευροπροστατευτική δράση, παράγεται σε σημαντικά υψηλότερες ποσότητες από τις φυσιολογικές με αποτέλεσμα να δρα ως ανασταλτικός παράγοντας σε ό,τι αφορά τη δημιουργία νέων νευρώνων από τα βλαστικά κύτταρα. Τα πειράματα ανέδειξαν πως το μόριο της ιντερλευκίνης 4 έχει τη δυνατότητα να σταματά την παραγωγή του κυνουρενικού οξέος υπό συνθήκες αντίστοιχες της νόσου Αλτσχάιμερ και να επαναφέρει την αναγεννητική ικανότητα των ανθρώπινων νευρικών βλαστικών κυττάρων στα φυσιολογικά επίπεδα.
Ακριβή ασθένεια
Η νέα αυτή γνώση που αποκτήθηκε χάρη στο πρωτοποριακό πείραμα των ειδικών έχει ιδιαίτερο ειδικό βάρος. Και αυτό διότι διεισδύει στα άδυτα μιας νόσου που αντιπροσωπεύει το 70% όλων των νευροεκφυλιστικών νόσων και συνεπάγεται παγκόσμιο κόστος φροντίδας ύψους 2 τρισεκατομμυρίων δολαρίων ετησίως. Μιας νόσου για την οποία, σε αντίθεση με άλλες ασθένειες-«μάστιγες» του πληθυσμού όπως ο καρκίνος, τα καρδιαγγειακά και τα μεταβολικά νοσήματα, ο ρυθμός ανάπτυξης νέων φαρμάκων είναι σημαντικά μικρότερος και δεν συμβαδίζει με τον συνεχώς αυξανόμενο γηράσκοντα πληθυσμό. Η θεραπευτική ανάπτυξη σε αυτούς τους τομείς της νευρολογίας παραμένει μοναδική πρόκληση σε σύγκριση με άλλα θεραπευτικά πεδία. Επισημαίνεται ότι η ανακάλυψη φαρμάκων του Κεντρικού Νευρικού Συστήματος είναι περίπλοκη, μακρά και αβέβαιη, με συνολικό ποσοστό αποτυχίας μεγαλύτερο από 95%, γεγονός που καθιστά τη διαδικασία εύρεσης νέων θεραπειών για την Αλτσχάιμερ και άλλες νευροεκφυλιστικές νόσους εξαιρετικά δαπανηρή.
Ο Έλληνας ερευνητής θεωρεί ότι το κύριο πρόβλημα σε ό,τι αφορά την αναποτελεσματική ανάπτυξη φαρμάκων για τη νόσο Αλτσχάιμερ αφορά την έλλειψη των σωστών πειραματικών μοντέλων που αντιπροσωπεύουν κατά τρόπο ουσιαστικό τον ανθρώπινο εγκέφαλο και τα συμπτώματα της νόσου. Τα ζωικά μοντέλα, συνήθως ποντικοί, αρουραίοι και σκύλοι, συχνά αποτυγχάνουν να αναπαραγάγουν με ακρίβεια την τοξικότητα της νόσου Αλτσχάιμερ όπως αυτή εκδηλώνεται στους ανθρώπους. Έτσι, η ικανότητα αυτών των ζωικών μοντέλων να προβλέπουν την αποτελεσματικότητα των φαρμάκων για την Αλτσχάιμερ στους ανθρώπους είναι αναξιόπιστη. Ως εκ τούτου, ο κλάδος ενδιαφέρεται ολοένα και περισσότερο για μοντέλα που μπορούν να προβλέψουν με μεγαλύτερη ακρίβεια την τοξικότητα και την αποτελεσματικότητα των υποψήφιων φαρμάκων. Επίσης η τεχνολογία ίσως βοηθήσει στο να θυσιάζονται λιγότερα ζώα στον βωμό της επιστήμης. Και ένα τέτοιο μοντέλο «γεννήθηκε» στο εργαστήριο χάρη στην ομάδα στην οποία συμμετείχε ο Έλληνας ερευνητής. Το σύστημά είναι ιδιαιτέρως ελεγχόμενο σε ό,τι αφορά την ανάπτυξη ανθρώπινων νευρώνων και νευρωνικών δικτύων από ανθρώπινα βλαστικά νευρικά κύτταρα σε ένα ιστο-μιμητικό περιβάλλον. Στην ουσία αναπτύχθηκε συνθετικός ιστός που μιμείται πολλά από τα χαρακτηριστικά του ανθρώπινου εγκεφάλου.
Βάση για δοκιμές φαρμάκων
Ο πρώτος άμεσος στόχος αυτής της καινοτόμου τεχνολογίας, διά στόματος του Έλληνα επιστήμονα, είναι να υπάρχει πλέον ένα αξιόπιστο σύστημα ανάλυσης για τον εντοπισμό, τον προσδιορισμό αλλά και τον χαρακτηρισμό φαρμάκων για τη νόσο Αλτσχάιμερ και άλλες νευροεκφυλιστικές νόσους. Αυτή τη στιγμή γίνεται προσπάθεια με κάθε τρόπο να καταστεί αυτή η ανακάλυψη άμεσα διαθέσιμη για την ανάπτυξη θεραπειών κατά της νόσου Αλτσχάιμερ αλλά και άλλων νευροεκφυλιστικών ασθενειών. Για αυτό υπάρχει σκέψη εξέλιξης της συγκεκριμένης μεθόδου προκειμένου να είναι συμβατή με τα στάνταρντ και τις απαιτήσεις της βιομηχανίας με σκοπό την παραγωγή αποτελεσμάτων που θα ωφελήσουν τους ασθενείς σύντομα μέσα στην επόμενη δεκαετία. Στο ερώτημα σχετικά με το ποιες είναι αυτές οι άλλες νόσοι στις οποίες ο μίνι εγκέφαλος θα μπορούσε να αποδειχθεί χρήσιμος, ο ερευνητής απαντά ότι σε αυτή τη φάση δεν μπορεί να αποκαλύψει ποιες άλλες ασθένειες διερευνώνται, ελπίζει όμως ότι σύντομα θα έχει αισιόδοξα νέα και για άλλες νόσους του Κεντρικού Νευρικού Συστήματος τα οποία θα είναι σε θέση να δημοσιοποιήσει.
Απώτερος στόχος των ερευνητών είναι όμως και η πιθανή ανάπτυξη θεραπειών με βάση τα ευρήματα σχετικά με τον ρόλο του ανοσοποιητικού συστήματος στα νευροεκφυλιστικά νοσήματα. Βέβαια παραδέχονται ότι είναι πολύ νωρίς ακόμη για να μιλάνε για θεραπείες με βάση την IL-4, ο σημαντικός ρόλος της οποίας στη νευρωνική αναγέννηση ήλθε στο φως μέσα από τη νέα μελέτη. Τώρα αρχίζει η επιστημονική κοινότητα να κατανοεί τον ρόλο που έχει το ανοσοποιητικό σύστημα στις νευροεκφυλιστικές νόσους καθώς και το πώς αυτές με τη σειρά τους παρεμβαίνουν σε αυτό και το τροποποιούν. Ωστόσο, με τη συγκεκριμένη ανακάλυψη θέλουν να πιστεύουν ότι έθεσανε τις βάσεις για μελλοντικές θεραπείες της νόσου Αλτσχάιμερ οι οποίες θα βασίζονται στον έλεγχο του ανοσοποιητικού συστήματος. Για αυτόν τον λόγο λοιπόν και το εργαστήριο συνεχίζει τις έρευνες ώστε να διαλευκάνει περαιτέρω τον ρόλο της IL-4 καθώς και άλλων μορίων του ανοσοποιητικού συστήματος στη νόσο Αλτσχάιμερ».
Θα περιμένουμε με μεγάλο, ή μάλλον με τεράστιο, ενδιαφέρον να δούμε τι μπορεί να προσφέρει ο μίνι εγκέφαλος στις νευροεκφυλιστικές νόσους και ειδικά στη νόσο Αλτσχάιμερ που αποτελεί ένα από τα σημαντικότερα προβλήματα υγείας του παγκόσμιου πληθυσμού – σήμερα περί τα 44 εκατομμύρια άτομα πάσχουν από Αλτσχάιμερ, αριθμός που αναμένεται να εκτοξευθεί στα 130 εκατομμύρια και πλέον το 2050. Με δεδομένο ότι μέχρι αυτή τη στιγμή οι θεραπευτικές προσεγγίσεις για την αντιμετώπιση της ασθένειας που «κλέβει» τη συνείδηση και τη ζωή τόσων ανθρώπων (αλλά και των οικείων τους που τους φροντίζουν) είναι απογοητευτικές, ας ελπίσουμε τα νέα ευρήματα να οδηγήσουν στο μέλλον σε ένα μεγάλο (επιστημονικό) θαύμα που θα έχει ξεκινήσει από… μί