Ismeretterjesztő cikk

2013. november 29-én jelent meg egy ismeretterjesztő cikkem az Élet és Tudomány 48. számában. A cikket Bellák Tamás kollégámmal közösen írtuk. A cél az volt, hogy összefoglaljuk, milyen lehetőségek vannak egy gerincvelősérült számára és jelenleg milyen kísérletek folynak annak érdekében, hogy a sérülést követő regenerációt előmozdítsák. A cikk eleje a sérülést követő pathomechanizmusról szól majd ezt követően a jelenleg futó klinikai próbákat vesszük górcső alá.
A cikk elérhető az alábbi  linken:
http://www.eduvital.net/files%5Cadri/cikkek/ET_2013-48.pdf

Nyaki gerincvelői sérülés kísérletes helyreállítása

A nyaki gerincvelői szakaszon történő sérülések gyakran fatális kimenetelűek, mert vagy a légzőizmokat ellátó motoneuronokat vagy az azokat innerváló agytörzsi leszálló pályákat érinti a sérülés. Kulcsfontosságú tehát, hogy olyan terápiás eljárásokat dolgozzanak ki, amelyekkel helyreállítható az elveszett légzőfunkció.

Jerry Silver és munkatársai kísérletes gerincvelői sérülést (hemiszekció) idéztek elő patkányok C2 gerincvelői szegmentumának bal oldalán. A sértés következtében a supraspinális leszálló pályák károsodtak, köztük azok is, amelyek a C3-C5 szegmentumban található motoneuronokat innerválják. A C3-C5 szegmentumban található motoneuronok felelősek a diaphragma (légzésért felelős izom) innervációjáért. A sértés következményeként a baloldali diaphragma lebénult és a C3-C5 szegmentumban található motoneuronok körül gliahegszövet képződött. Ez a hegszövet gátolja a leszálló rostok regenerációját és a motoneuronok funkcionális reinnervációt is.

A légző funkció helyreállítást perifériás ideg graft alkalmazásával kísérelték meg. A kísérlet során a perifériás autológ ideg graft proximális végét a C2 szegmentumon található hemiszekciós résbe, míg disztális részét a C3-C5 szegmentumba helyezték és ChABC injektáltak a graft mellé. A ChABC elbontja a gliális hegszövetet megkönnyítve ezzel a regenerációt. A vizsgálatok során kiderült, hogy 12 héttel a perifériás ideg beültetését követően a grafton keresztül regenerálódó supraspinális pályák újra innerválták a C3-C5 szegmentumban található motoneuronokat és a légző funkció helyreállt.

Indukált pluripotens őssejetek alkalmazása kísérletes egér gerincvelő-sérülést követően

Az indukált pluripotens őssejtek (iPS) leírásával új fejezet kezdődött a regeneratív medicinában. Azonban mielőtt ezeket a sejteket klinikai kísérletekben is kipróbálnák vagy a klinikumban alkalmaznák még számos fontos kérdést kell megválaszolni. Legfontosabb talán, hogy az iPS képesek-e teratómákat létrehozni sérült központi idegrendszerbe transzplantálva. Továbbá fontos kérdés még, hogy elő tudják-e mozdítani a regenerációt, illetve képesek-e integrálódni a gazdaszövetbe.

Az előbb említett kérdések megválaszolására Okano és kollégái iPS-ből létrehozott neuroszférákat transzplantáltak sérült egér gerincvelőbe. Két eltérő tulajdonságokkal rendelkező neuroszférát használtak a kísérletek során. Az egyik kísérleti csoportban úgynevezett „veszélytelen” neuroszférákat a másik csoportban „veszélyes” neuroszférákat ültettek be sérült gerincvelőbe 9 nappal a kontuziós sérülést követően. A „veszélyes” neuroszférákból jelentős kiterjedésű teratómák alakultak ki a beültetést követően, melynek következményeként azonnali funkció vesztés lépett fel az érintett egerekben. Ugyanakkor a „veszélytelen” neuroszférákban található sejtekből neuronok, asztrociták vagy oligodendrociták differenciálódtak a transzplantációt követően és nem detektáltak a kísérlet során teratóma képződést. A „veszélytelen” neuroszférák alkalmazása előmozdította a szerotonerg rostok regenerációját is, mely valószínű hozzájárult a sérülést követő jelentős funkcionális javuláshoz.

Indukált pluripotens őssejtek és a bennük rejlő lehetőségek

Az indukált pluripotens őssejteket (iPS sejtek) mesterségesen hozzák létre szomatikus sejtekből. Az iPS sejtek hasonló tulajdonságokkal bírnak, mint az embrionális őssejtek.

Az első indukált pluripotens őssejteket egér sejtekből hozták létre 2006-ban, majd egy évvel később humán sejtekből is sikerült indukált pluripotens őssejteket létrehozni. A kísérlet sorozatot Shinya Yamanaka és kutatócsoportja végezte, amiért később Yamanaka 2012-ben Nobel díjat kapott.

A testi sejtek átprogramozása során ún. transzkripciós faktorokat (Oct4, Sox2, Klf4 és c-Myc) juttatnak kívülről a sejtekbe, amely a sejteket átvezeti a pluripotens állapotba. Így keletkezik az iPS sejt, amelyből bármilyen szomatikus sejt differenciáltatható.

Az iPS sejtek létrehozásához szükséges gének bejuttatására először retrovírusokat használtak, majd később számos olyan eljárást dolgoztak ki, amelyben nincs szükség vírusra a gének bejuttatásra.

A iPS sejtek eltüntetik azokat az etikai aggályokat és kérdéseket, amelyek humán embrió felhasználása során felmerülnek. Az iPS sejtek a jövőben lehetőséget teremthetnek saját immunológiai reakciót ki nem váltó sejtek alkalmazására és több olyan szövetterápiás megoldások jelenhetnek meg, amelyek segítségével kiküszöbölhetővé válik egyes veleszületett genetikai rendellenességek orvoslása. Ugyanakkor hangsúlyozni kell, hogy az iPS sejtek a szervezetbe transzplantálva gyorsan növekedő daganatokat hozhatnak létre.

Az iPSCs egy új utat nyitottak az őssejt kutatás területén, mivel megoldást nyújthatnak az embrionális őssejtek korlátainak leküzdésére, és sejtterápiás megoldások eszközei lehetnek a központi idegrendszeri sérüléseket követő regeneráció előmozdításában.

A következő alkalommal az iPS sejtek kísérletes gerincvelői sérülés modellben való alkalmazásáról írok.

Miért nem történik regeneráció gerincvelő-sérülést követően?

A gerincvelő a központi idegrendszer része. Összeköttetést biztosít az agy és az általa irányított periféria (vázizmok, zsigerek) között. Rengeteg idegsejt (szürkeállomány) és számos fel- és leszálló pálya található benne (fehérállomány), A fel- és leszálló pályákat idegrostok alkotják, amelyek

jól elkülöníthető kötegekben haladnak. Minden egyes köteg meghatározott feladattal rendelkezik, amelyek hozzájárulnak a megfelelő vázizom és vegetatív funkciók működéséhez.

A gerincvelői sérülések során az idegsejtek és a pályák olyan mértékben károsodhatnak, hogy bénulás lép fel a sérülés szintje alatt. A bénulás mértéke függ a sérülés kiterjedésétől, illetve a gerincvelői szint magasságától. Nyaki szakaszon történő sérülések teljes bénulást eredményezhetnek, míg az ágyéki szinten bekövetkező sérülés az alsó végtagok bénulásához vezethet.

A gerincvelőben található gliasejtek és szerepük

A központi idegrendszerben nem csak idegsejtek, hanem gliasejtek (asztociták, mikroglia sejtek) is találhatóak.

Asztrociták szerepe:

• azonosításuk GFAP immunhisztokémiával
• optimális pH fenntartása
• Na+ és Ca+ szintjének szabályozása az extracelluláris térben
• glutamát szint szabályozása a szinaptikus résben
• Vér-agy gát felépítése

Mikroglia szerepe:

• mezoderma eredetű sejtek
• intakt idegrendszerben rövid, vékony nyúlványaikat folyamatosan kiterjesztik és visszahúzzák
• az embriogenezis során fagocitálják az apoptotikus sejteket
• szabályozzák a neurogenezist a subventricularis zónában és a gyrus dentatusban

A sérülést követően elveszett funkciók miért nem térnek vissza?

Az elsődleges sérülést fizikai behatás okozza, amely a gerincvelő szürkeállományának és fehérállományának sérüléséhez vezet. Ezt követően a sérült területen aktivált mikroglia sejtek, makrofágok jelennek meg és az elpusztult sejtek maradványait fagocitálják. Ez szükséges, ahhoz, hogy a regeneráció meg tudjon indulni a sérülést követően. Azonban még sem történik meg a regeneráció, mert a mikroglia sejtek, a makrofágok és a reaktív asztrociták számos olyan gátló faktort is termelnek, mely nem kedvez a regenerációnak. Ezek a negatív hatások vezetnek a másodlagos sérüléshez, amelynek eredményeként a kialakul a károsodott terület tényleges nagysága.

Asztrociták szerepe a sérülést követően:

• ephrinek, chondroitin sulfate termelése (gátló hatás)
• gliális hegszövet kialakítása (gátló hatás)
• neurotrofikus faktorok termelése (regenerációt előmozdító hatás)

Mikroglia szerep a sérülést követeően:

• amöboid formát vesznek fel
• chemokineket és citokineket expresszálnak (gátló hatás)
• osztódnak
• MHC antigéneket fejeznek ki a felszínükön
• synaptic stripping(gátló vagy regenerációt előmozdító hatás)
• neurotrofikus faktorok termelése (regenerációt serkentőhatás)

Ephrinek, chondroitin sulfate, chemokinek és egyébb citokinek teremelése gátolja a regenerációt. A gliális hegszövet szintén negatívan befolyásolja a regenerációt, mert a regenerálódó axonok nem képesek ezen a hegszöveten áthatolni. Még akkor sem, ha neurotrofikus faktorok is felszabadulnak, amelyek pozitívan hatnak regenerációra.