Το ισχαιμικό εγκεφαλικό επεισόδιο είναι μία κατάσταση κατά την οποία ορισμένα μέρη του εγκεφάλου δεν αιματώνονται επαρκώς, με αποτέλεσμα να προκαλούνται νευρικές βλάβες. Μόλις παρουσιαστούν μη αναστρέψιμες βλάβες, ο ασθενής παρουσιάζει σημαντική αναπηρία ή ακόμα και θάνατο, ανάλογα με την έκταση των νευρωνικών βλαβών. Τα γλοιακά κύτταρα, μία κατηγορία κυττάρων που βρίσκονται γύρω από τους νευρώνες, ενεργοποιούνται και πολλαπλασιάζονται μετά τον τραυματισμό. Μία ομάδα επιστημόνων κατάφερε σήμερα να εισάγει γονίδια στα γλοιακά κύτταρα με αποτέλεσμα τα τελευταία να αναπτυχθούν σε νευρώνες, επαναφέροντας έτσι την κινητική λειτουργία που έχει χαθεί ως αποτέλεσμα της απώλειας των νευρώνων.
Ο εγκέφαλος έχει περίπου 86 δισεκατομμύρια νευρώνες, ωστόσο αρκετά δισεκατομμύρια από αυτούς μπορούν να καταστραφούν σε ένα μέτριο εγκεφαλικό επεισόδιο. Καθώς η συχνότητα των εγκεφαλικών επεισοδίων είναι επίσης αρκετά υψηλή, καταλαβαίνουμε πόσο σημαντική είναι η ανάγκη να αναγεννηθούν νέα εγκεφαλικά κύτταρα για να αναπληρώοσουν αυτά που καταστρέφονται, τουλάχιστον μερικώς. Αυτός είναι ο μοναδικός γνωστός τρόπος για να επανέλθει η κινητική λειτουργία που έχει μειωθεί ως αποτέλεσμα ενός εγκεφαλικού επεισοδίου ή ενός εγκεφαλικού τραύματος.
Προηγούμενες προσεγγίσεις είχαν βασιστεί στα νευρωνικά βλαστοκύτταρα (NSCs) και τη μεταμόσχευση νευρωνικών αρχεγόνων κυττάρων (NPCs). Αν και οι παραπάνω προσεγγίσεις είχαν δείξει αρχικά κάποια καλά στοιχεία, δεν κατάφεραν να οδηγήσουν στην ανάπτυξη μίας θεραπείας. Η χρήση των NSCs οδήγησε μόνο σε αντιδραστική παραγωγή αστροιγλοίων και όχι νευρώνων. Επιπλέον, η χορήγηση NCSs από δότες προκαλούσε διάφορες αντιδράσεις από το ανοσοποιητικό, εξ’αιτίας της διαφορετικής ανοσιακής ταυτότητας. Χρησιμοποιήθηκαν επίσης διάφορες χημικές ουσίες που προκαλούν ανάπτυξη των νευρώνων.
Όπως δήλωσε ο Γκονγκ Τσεν, ένας ερευνητής, «το μεγαλύτερη εμπόδιο στην επιδιόρθωση των βλαβών στον εγκέφαλο είναι ότι οι νευρώνες δεν μπορούν να αναγεννηθούν μόνοι τους. Αρκετές κλινικές δοκιμές στο παρελθόν έχουν αποτύχει, καθώς καμία από αυτές δεν κατάφερε να αναπληρώσει ικανοποιητικό αριθμό νευρώνων για να αναπληρώσει αυτούς που καταστράφηκαν».
Στη νέα αυτή έρευνα, ωστόσο, οι επιστήμονες δοκίμασαν μία άλλη προσέγγιση. Αποφάσισαν να χρησιμοποιήσουν τα γλοιακά κύτταρα, μία ομάδα κυττάρων που βρίσκεται σε υψηλά ποσοστά στον εγκέφαλο. Τα γλοιακά κύτταρα έχουν υποστηρικτικές και ανοσιακές δράσεις, ενώ βρίσκονται γύρω από τους νευρώνες σε όλο τον εγκέφαλο. Έχουν την ικανότητα να πολλαπλασιάζονται και να αναγεννώνται και βοηθούν στην επούλωση του εγκεφάλου μετά από έναν τραυματισμό. Αυτός είναι ο τρόπος που σχηματίζονται ουλές γλοιακών κυττάρων στον εγκέφαλο μετά από ένα τραυματισμό.
Ο Τσεν και η ομάδα του επικεντρώθηκαν κυρίως στα γλοιακά κύτταρα που βρίσκονται στον εγκέφαλο κοντά στους κατεστραμμένους νευρώνες με σκοπό να μετατρέψουν τα κύτταρα αυτά σε νευρικά. Η λογική ήταν ότι τα γλοιακά κύτταρα που βρίσκονται κοντά στους νευρώνες προέρχονται πιθανώς από τον ίδιο κυτταρικό τύπο με αυτούς, με αποτέλεσμα η μετατροπή να είναι ευκολότερη.
Προηγούμενες μελέτες από την ίδια ερευνητική ομάδα είχαν δείξει ότι το γονίδιο που κωδικοποιεί τον νευρωνικό μεταγραφικό παράγοντα NeuroD1 μπορεί να μετατρέψει τα γλοιακά κύτταρα των ποντικών σε λειτουργικούς νευρώες σε ποντίκια με νόσο Alzheimer. Η τεχνική αυτή ονομάστηκε «γονιδιακή κυτταρική θεραπεία» ωστόσο, όπως διαπιστώθηκε, μπορούσε να οδηγήσει σε μετατροπή λίγων μόνο κυττάρων. Ο λόγος της αποτυχίας αυτής ήταν η αναποτελεσματικότητα του ρετροϊκού παράγοντα που χρησιμοποιήθηκε για τη μεταφορά των γονιδίων στον εγκέφαλο.
Αυτή τη φορά, ωστόσο, χρησιμοποιήθηκε ο ιικός παράγοντα AAV, ο οποίος ήταν ιδιαίτερα αποτελεσματικός σε αντίστοιχα πειράματα του παρελθόντος. Όπως είχαν δείξει τα πειράματα αυτά, ο ιός είχε την ικανότητα να μολύνει με υψηλή αποτελεσματικότητα κύτταρα με και χωρίς ικανότητα διαίρεσης. Το γονίδιο μεταφέρθηκε στους ιούς AAV και στη συνέχεια εισήχθη στον κινητικό φλοιό του εγκεφάλου ποντικών που είχαν πάθει εγκεφαλικό επεισόδιο 10 ημέρες μετά από αυτό, όταν συμβαίνει συνήθως η αστροκυττάρωση.
Το σύστημα αυτό είχε σκοπό να προκαλέσει αυξημένη έκφραση της NeuroD1 στις περιοχές που είχαν υποστεί βλάβες και ιδιαίτερα στα γλοιακά κύτταρα που βρίσκονται στην περιοχή της ούλωσης, έτσι ώστε αρκετά από αυτά να μετατραπούν σε νευρικά κύτταρα. Με τον τρόπο αυτό ο αριθμός των λειτουργικών νευρώνων στην τραυματισμένη περιοχή αυξήθηκε με αποτέλεσμα να περιοριστούν οι βλάβες που είχε προκαλέσει το εγκεφαλικό επεισόδιο. Συνολικά, η ομάδα παρατήρησε ότι το 1/3 των κατεστραμμένων νευρώνων αντικαταστάθηκε από αστρογλοία, ενώ ακόμα 1/3 προστατεύτηκαν από τον τραυματισμό. Αυτό βοήθησε σημαντικά στην αναπλήρωση των νευρώνων. Η μετατροπή επιβεβαιώθηκε από τεχνικές ανάλυσης της αλληλουχίας του RNA και τεχνικές ανοσοφθορισμού. Στη συνέχεια έγιναν εξετάσεις της κινητικής λειτουργίας στους ερευνητές και διαπιστώθηκε ότι η νευρική λειτουργία είχε διατηρηθεί μέχρι και κατά 80% σε σχέση με αυτή που υπήρχε πριν το εγκεφαλικό επεισόδιο.
Οι νέοι νευρώνες έμοιαζαν αρκετά με τους παλιούς, γεγονός που δείχνει ότι το είδος των κυττάρων από το οποίο προέρχονται τα γλοιακά κύτταρα επηρεάζει το είδος των νευρώνων που σχηματίζονται από αυτά.
Οι νεοσχηματισμένοι νευρώνες μπορούσαν να επιτελέσουν τις απαραίτητες λειτουργίες, είχαν την ικανότητα να δημιουργήσουν νευρικές ώσεις και σχημάτιζαν συνδέσεις με τους «αρχικούς» νευρώνες των συναπτικών δικτύων. Ανέπτυξαν επίσης μακρούς άξονες προς τη σωστή κατεύθυνση έτσι ώστε να επικοινωνήσουν με τα κύτταρα-στόχος. Συνολικά, οι παραπάνω διαδικασίες επιτάχυναν σε μεγάλο βαθμό την επαναφορά της κινητικότητας στα τραυματισμένα ποντίκια.
Εν τω μεταξύ, ένα πείραμα εξέτασε τη γονιδιακή θεραπεία με το NeuroD1 βήμα προς βήμα σε ένα μοντέλο ποντικών με εγκεφαλικό επεισόδιο. Όπως διαπίστωσε, η μετατροπή γλοιακών κυττάρων σε νευρώνες είχε ως αποτέλεσμα βελτίωση των γνωστικών λειτουργιών και των διαταραχών της σκέψης που προκάλεσε το εγκεφαλικό επεισόδιο.
Ένα άλλο πλεονέκτημα είναι ότι ακόμα και 10 ημέρες μετά το ισχαιμικό επεισόδιο, μπορεί να γίνει αποτελεσματική μετατροπή των αστροκυττάρων, γεγονός που επιτρέπει τη χορήγηση της θεραπείας σε ασθενείς που δεν έχουν άμεση πρόσβαση σε αυτή. Ο πληθυσμός των γλοιακών κυττάρων στον εγκέφαλο είναι μεγάλος, επομένως καταλαβαίνουμε ότι υπάρχουν αρκετά διαθέσιμα κύτταρα που μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την αναπλήρωση των νευρώνων.
Ένας άλλος επιστήμονας, ο Γιούτσεν Τσεν, δήλωσε, «καθώς ο πληθυσμός των γλοιακών κυττάρων είναι πολύ μεγάλος και τα κύτταρα αυτά μπορούν να διαιρεθούν για να αναπληρώσουν τον πληθυσμό τους, η έρευνά μας δείχνει ότι έχουν πιθανώς χρησιμότητα στην δημιουργία νέων νευρώνων όχι μόνο για το εγκεφαλικό επεισόδιο αλλά και για άλλες νευρολογικές παθήσεις που προκαλούν απώλεια των νευρώνων. Το επόμενο βήμα είναι να εξετάσουμε περαιτέρω την προσέγγιση αυτή με σκοπό να αναπτύξουμε θεραπείες για την κλινική πράξη».
Η έρευνα δημοσιεύτηκε στο επιστημονικό περιοδικό Molecular Therapy.