Poškodba hrbtenjače (SCI): izkoriščanje bioaktivnih odrov za obnovitev funkcije

Samosestavljeno nanostrukture tvorjen z uporabo supramolekulskega polimeri ki vsebujejo peptidne amfifile (PA), ki vsebujejo biološko aktivne sekvence, so pokazale odlične rezultate v mišjem modelu SCI in pri ljudeh močno obetajo učinkovito Zdravljenje tega izčrpavajočega stanja, ki resno vpliva na kakovost življenja in duševno zdravje prizadetih ljudje, pa tudi njihovih družinskih članov in je resna obremenitev za zdravstveni in socialni sistem. 

A hrbtenjača poškodba, ki je pogosto posledica nenadnega udarca ali ureznine v hrbtenico, vodi do trajne izgube moči, občutljivosti in funkcije pod mestom poškodbe. Čeprav ni dobro uveljavljenega zdravila za takšne poškodbe, je bilo objavljenih množica raziskovalnih člankov, da bi razumeli molekularno patologijo poškodb hrbtenice in dali predloge za regeneracijo prizadetega tkiva, s čimer se spodbuja funkcionalno okrevanje in posledično omogoča ljudem, da vodijo bolj produktivno in neodvisno življenje. Napredek znanosti in tehnologije pri razumevanju molekularnih mehanizmov, na katerih temelji poškodba hrbtenjače, in sugestivnih terapevtskih pristopov, poleg rehabilitacije in pomožnih pripomočkov, bodo veliko pripomogli k okrevanju ljudi po tako akutnih poškodbah in jim pomagali voditi bolj smiselno življenje. 

V nedavnem članku, objavljenem v Science 11. novembra 2021, so Alvarez in njegovi sodelavci testirali supramolekularne polimere, ki vsebujejo peptidne amfifile (PA), v mišjem modelu paralizirajoče poškodbe hrbtenjače (SCI) pri človeku.^1. Ti PA so vsebovali dva dokončna signala, prvi aktivira transmembranski receptor β1-integrin, drugi pa osnovni receptor fibroblastnega rastnega faktorja 2. Peptidni amfifili (PA) so majhne molekule, ki vsebujejo hidrofobne komponente, kovalentno povezane z nizom aminokislin (peptidov). Peptidno zaporedje je lahko zasnovano tako, da tvori β-listove, medtem ko so ostanki, ki so najbolj oddaljeni od repa, napolnjeni za spodbujanje topnosti in lahko vsebujejo bioaktivno zaporedje. Po raztapljanju v vodi se ti PA podvržejo tvorbi β-list in hidrofobnemu kolapsu alifatskih repov ter inducirajo sestavljanje molekul v supramolekularne enodimenzionalne nanostrukture (npr. valjasta ali traku podobna nanovlakna z visokim razmerjem stranic). Sestavljanje običajno induciramo z različnimi koncentracijami, pH in vnosom dvovalentnih kationov^2,3. Te nanostrukture so izjemno pomembne za biomedicinske funkcije zaradi svoje sposobnosti, da na svoji površini prikažejo visoko gostoto bioloških signalov za ciljanje ali aktiviranje poti. 

Z ustvarjanjem mutacij v peptidnem zaporedju v nesignalni, nebioaktivni domeni je bilo opaženo intenzivno supramolekularno gibanje znotraj nanovlaken, s čimer se je izboljšalo okrevanje po SCI. Mutacija z najvišjo intenzivno dinamiko ni povzročila le ponovne rasti aksonov in mielinizacije, temveč je povzročila tudi nastanek krvnih žil (revaskularizacija) in preživetje motoričnih nevronov. 

Ti supramolekularni polimeri, ki vsebujejo peptidne amfifile (PA), tako zelo obetajo pri pomoči ljudem pri okrevanju po SCI, ki imajo lahko uničujoče učinke na življenje bolnikov, tako fizično kot čustveno. Poleg tega je mogoče te samosestavljive nanostrukture, izdelane iz supramolekularnih polimerov, ki vsebujejo peptidne amfifile (PA), izkoristiti za različne biomedicinske aplikacije, kot je npr. drog porod, regeneracijo kosti in zmanjševanje izgube krvi med notranjimi krvavitvami. 

*** 

Reference 

1. Álvarez Z., sod 2021. Bioaktivni odri z izboljšanim supramolekularnim gibanjem spodbujajo okrevanje po poškodbi hrbtenjače. znanost. Objavljeno 11. novembra 2021. letnik 374, številka 6569. str. 848-856. DOI: https://doi.org/10.1126/science.abh3602 

2. Hartgerink, JD; Beniash, E.; Stupp, SI Peptid-amfifilna nanovlakna: vsestranski oder za pripravo samosestavljajočih se materialov. Proc. Natl. Akad. Sci. ZDA 2002, 99, 5133–5138, DOI: https://doi.org/10.1073/pnas.072699999 

3. Pashuck, ET; Cui, H.; Stupp, SI Uravnavanje supramolekularne togosti peptidnih vlaken skozi molekularno strukturo. J. Am. Chem. Soc. 2010, 132, 6041–6046, DOI: https://doi.org/10.1021/ja908560n 

***