5 Minuten
Elektrinis imuninės sistemos ląstelių moduliavimas pagreitina audinių atstatymą
Trinity College Dublin mokslininkų grupė parodė, kad tikslinga elektrinė stimuliacija gali pakeisti žmogaus makrofagų elgseną — šios imuninės sistemos ląstelės yra svarbios tiek kovojant su infekcijomis, tiek užtikrinant audinių regeneraciją — nukreipdama jas į priešuždegiminę, audinius taisančią būseną. Šis atradimas, paskelbtas Cell Reports Physical Science, siūlo bioelektrinį požiūrį, galintį papildyti vaistų ir ląstelių terapijas gydant žaizdas ir uždegimines ligas.
Trinity College Dublin komanda nustatė, kad elektrinė stimuliacija gali reprogramuoti makrofagus, slopinti uždegimą ir pagreitinti gijimą, atverdama kelią naujiems terapiniams sprendimams. Credit: Stock
Makrofagai yra universalaus pobūdžio leukocitai, kurie pašalina patogenus ir šiukšles, koordinuoja kitas imuninės sistemos ląsteles ir gamina molekules, kurios arba skatina, arba slopina uždegimą. Kai makrofagų aktyvumas tampa per didelis arba vyksta netinkamu laiku, uždegimas gali užsitęsti ir sukelti audinių pažeidimus vietoje reikalingo taisymo. Todėl makrofagų fenotipo — funkcionalaus programavimo — valdymas yra aukštos svarbos tikslas regeneracinėje medicinoje ir imunologijoje.
Eksperimento dizainas ir metodika
Trinity tyrėjai izoliuodavo žmogaus makrofagus iš sveikų donorų, naudojant kraują, suteiktą Airijos kraujo perpylimo tarnybos (Irish Blood Transfusion Board) St James’s ligoninėje. Ląstelės buvo auginamos specialiai suprojektuotame bioreaktoriuje, kuris tiekiant kontroliuojamus elektros srautus leido mokslininkams stebėti genų raišką, citokinų gamybą ir kitus funkcinius rodiklius.
Elektriniai režimai ir matavimai
Tyrėjai išbandė apibrėžtus elektrinius parametrus (amplitudę, dažnį, trukmę), kad nustatytų sąlygas, kuriomis patikimai keičiasi makrofagų aktyvumas. Jie matavo uždegiminio signalizavimo molekules (citokinus), angiogenezę susijusių genų raišką (naujų kraujagyslių formavimas) ir ląstelių gebėjimą pritraukti audiniuose esančias kamienines ląsteles — tai yra esminis regeneracinio atsako komponentas.
Remdamiesi šiais matavimais, mokslininkai identifikavo stimuliacijos režimus, kurie sumažino pro-uždegiminių žymenų kiekį ir padidino transkriptų, susijusių su audinių atstatymu ir kraujagyslių augimu, lygį. Elektriškai kondicionuoti makrofagai taip pat pagerino progenitorių ląstelių pritraukimą in vitro, kas atitiko žaizdų gijimo fenotipą.
Pagrindiniai atradimai ir terapinės pasekmės
Elektrinė stimuliacija nukreipė žmogaus makrofagus į priešuždegiminę, audinius taisančią programą. Stebėti efektai apėmė sumažėjusią uždegiminių signalizavimo molekulių koncentraciją, padidėjusią angiogeninių genų raišką ir pagerintą kamieninių ląstelių pritraukimą — visi šie elementai palaiko greitesnę ir efektyvesnę audinių regeneraciją.
Pagrindiniai tyrimo vadovai išryškina kelias šios strategijos privalumas: eksperimentuose naudotos žmogaus ląstelės, todėl rezultatai turi tiesioginę translacijinę reikšmę; elektrinė stimuliacija jau naudojama kai kuriuose klinikiniuose įrenginiuose ir gali būti tiekiama su aukštu erdviniu valdymu; be to, šis metodas gali būti pritaikomas įvairiems audiniams ir uždegiminėms ligoms, kur makrofagų disfunkcija prisideda prie patologijos.
Profesoriai Michael Monaghan ir Aisling Dunne, bendrai vadovavę interdisciplininei komandai, pažymi, kad rezultatai suteikia principo įrodymą bioelektriniam imuninės sistemos ląstelių moduliavimui. „Tarp būsimų žingsnių yra pažangesnių elektrinės stimuliacijos režimų tyrinėjimas, siekiant gauti tikslesnius ir ilgiau trunkančius efektus uždegiminėms ląstelėms, taip pat naujų medžiagų ir būdų, kaip tiekti elektrinius laukus, išbandymas“, — sakė prof. Monaghan. Komanda pabrėžia, kad reikalingi papildomi tyrimai mechanizmams apibrėžti, parametrams optimizuoti bei saugumo ir veiksmingumo įvertinimui in vivo.
Susijusios technologijos ir mokslinis kontekstas
Bioelektrinės terapijos — metodai, naudojantys elektrinius laukus arba sroves ląstelių elgsenai įtakoti — yra sparčiai besiplečianti sritis regeneracinėje medicinoje. Esami įrenginiai, tokie kaip elektrinė stimuliacija chroninėms žaizdoms ar neuromoduliacijos implantai, parodė, kad kontroliuojami elektriniai impulsai gali būti klinikiškai įmanomi. Elektros modulavimo derinimas su biomedžiagomis, vaistų pristatymu ar ląstelių terapija gali duoti sinerginius efektus sudėtingoms žaizdoms, chroninėms uždegiminėms būklėms ir audinių inžinerijai.
Moksliniu požiūriu šis darbas remiasi augančiais įrodymais, kad ląstelės jaučia ir reaguoja į elektrinius signalus per jonų kanalus, membranos potencialus ir tolesnes signalines grandines. Molekulinio kaskados, kuria elektriniai laukai keičia makrofagų genų raišką, žemėlapio sudarymas bus kritinis tolimesnis žingsnis, kad in vitro rezultatai būtų paversti saugiomis ir pakartojamomis klinikinėmis intervencijomis.
Ekspertų įžvalgos
Biomedicinos inžinierius, tyrinėjantis imunomoduliaciją ir regeneracinius prietaisus, dr. Marcus Hale komentuoja: "Šis tyrimas yra svarbus įrodymas, kad imuninės ląstelės gali būti nukreiptos bioelektriniais signalais. Vertimas į klinikinę praktiką reikalauja atsargaus bangų formų, pristatymo medžiagų ir saugumo profiliavimo derinimo, tačiau galimybė sumažinti priklausomybę nuo imunosupresantų yra patraukli. Prietaisai, lokalizuotai reprogramuojantys makrofagus, galėtų sutrumpinti gijimo laiką ir pagerinti lėtinių žaizdų bei pooperacinio atsigavimo rezultatus."
Ateities kryptys ir tyrimų prioritetai
Kiti žingsniai apima patobulintų stimuliacijos protokolų testavimą dėl poveikio išliekamumo ir specifiškumo, jonų kanalų ir signalinių tinklų, atsakingų už fenotipo persijungimą, identifikavimą, taip pat gyvūninius tyrimus audinio lygmens rezultatams ir sisteminiams efektams įvertinti. Tyrėjai taip pat planuoja tirti pažangias elektrodo medžiagas ir neinvazinius pristatymo metodus, kurie galėtų palengvinti klinikinę translaciją.
Interdisciplininis projekto pobūdis — imunologijos, inžinerijos ir medžiagų mokslo derinys — yra esminis žingsnis, norint bioelektrines terapijas perkelti nuo stalo prie klinikos. Jei tolimesni tyrimai patvirtins saugumą ir akivaizdžią naudą, elektrinis makrofagų reprogramavimas gali tapti regeneracinės medicinos ir imuninės moduliacijos priemonių dalimi.
Išvados
Trinity College Dublin tyrėjai parodė, kad elektrinė stimuliacija in vitro gali reprogramuoti žmogaus makrofagus į priešuždegiminę, audinius taisančią būseną. Rezultatai rodo perspektyvią bioelektrinę strategiją, galinčią pagreitinti gijimą ir kontroliuoti uždegimą įvairių traumų ir ligų atvejais. Prieš taikant klinikinėje praktikoje reikalingi papildomi mechanistiniai tyrimai, stimuliacijos režimų optimizavimas ir ikiklinikiniai bandymai, tačiau šie atradimai sudaro pagrindą naujoms, prietaisais pagrįstoms imuninėms terapijoms, išnaudojančioms organizmo pačius taisomus mechanizmus.
Quelle: scitechdaily
Kommentar hinterlassen