Eenvoudige medicijnformule regenereert hersencellen
Onderzoekers hebben een stap voorwaarts gezet in de zoektocht naar een pil die de hersenfunctie kan herstellen die verloren is gegaan door beroertes, hersenletsel en aandoeningen zoals de ziekte van Alzheimer.
Wetenschappers van de Pennsylvania State University (Penn State) in State College hebben gliacellen omgezet in functionerende neuronen door een combinatie van slechts vier kleine moleculen te gebruiken.
Gliacellen kunnen onder andere neuronen ondersteunen en beschermen, dit zijn cellen die de mentale functies van de hersenen vervullen.
In een nieuw studiepaper dat nu in het tijdschrift voorkomt Stamcelrapporten, beschrijven de onderzoekers hoe hun geconverteerde neuronen meer dan 7 maanden in laboratoriumculturen overleefden.
De nieuwe neuronen vertoonden ook het vermogen om te werken als normale hersencellen. Ze vormden netwerken en communiceerden met elkaar via zowel elektrische als chemische signalen.
Gliacellen vermenigvuldigen zich na verwonding
Senior studie auteur Gong Chen, professor biologie aan Penn State, legt uit dat neuronen niet regenereren wanneer hersenweefsel beschadigd raakt.
"Daarentegen", voegt hij eraan toe, "kunnen gliacellen, die zich verzamelen rond beschadigd hersenweefsel, zich vermenigvuldigen na hersenletsel."
In hun studiepaper leggen hij en zijn team uit hoe gliacellen littekens vormen die de neuronen beschermen tegen verder letsel.
Vanwege hun constante aanwezigheid blokkeren gliale littekens echter ook de groei van nieuwe neuronen en de overdracht van signalen tussen hen.
Eerdere pogingen om de regeneratie van neuronen te herstellen door het verwijderen van gliale littekens hebben "beperkt succes" gehad, merken de auteurs van het onderzoek op.
Prof. Chen gelooft dat "de beste manier om verloren neuronale functies te herstellen" is om nieuwe neuronen te creëren uit de gliacellen dicht bij de dode neuronen.
Astrocyten herprogrammeren tot neuronen
In eerder werk hadden prof. Chen en zijn team aangetoond dat het mogelijk was om een type gliacellen, astrocyten genaamd, chemisch te herprogrammeren tot neuronen met behulp van negen kleine moleculen in een bepaalde volgorde. Toen ze echter onderzochten hoe ze de methode van het laboratorium naar de kliniek konden vertalen, realiseerden ze zich dat het te ingewikkeld was.
Het doel van de nieuwe studie was dus om een kleinere combinatie van de moleculen te vinden die astrocyten op een eenvoudiger manier kunnen herprogrammeren tot functionerende neuronen.
De onderzoekers testten honderden combinaties totdat ze een effectieve formule vonden die 'vier kerngeneesmiddelen' omvatte.
"Door vier moleculen te gebruiken", legt eerste studie-auteur Jiu-Chao Yin uit, die afgestudeerd is in biologie aan Penn State, "die vier cruciale signaalroutes in menselijke astrocyten moduleren, kunnen we op efficiënte wijze menselijke astrocyten veranderen - tot wel 70 procent. - in functionele neuronen. "
Het team testte ook het effect van het laten vallen van een van de vier moleculen uit de formule. Geen enkele formule met drie geneesmiddelen was echter zo effectief als de versie met vier geneesmiddelen. In feite was de beste combinatie van drie geneesmiddelen 20 procent minder effectief dan de combinatie van vier geneesmiddelen.
Het gebruik van slechts één van de moleculen was niet voldoende om de astrocyten in neuronen om te zetten.
Eenvoudig alternatief voor gentherapie
Prof. Chen en zijn collega's werken al enige tijd aan het regenereren van neuronen. Voordat ze zich tot chemische herprogrammering wendden, hadden ze geëxperimenteerd met gentherapie.
Ze concludeerden echter dat een gentherapiebenadering, die ongeveer $ 500.000 per persoon zou kunnen kosten, te duur zou zijn. Bovendien vereist de levering van gentherapie geavanceerde, geavanceerde technieken en expertise.
Prof. Chen legt uit dat het belangrijkste voordeel van de benadering van chemisch programmeren is dat "een pil die kleine moleculen bevat, wijd verspreid over de wereld kan worden verspreid en zelfs landelijke gebieden kan bereiken zonder geavanceerde ziekenhuissystemen."
Ook ontdekten hij en zijn team dat het injecteren van de vier medicijnen in volwassen muizen de generatie van nieuwe hersencellen in de hippocampus, een gebied van de hersenen dat een rol speelt bij het geheugen, verhoogde.
Veel meer werk voor de boeg
De auteurs van het onderzoek wijzen erop dat de bevindingen slechts een stap voorwaarts zijn in de richting van neuronregeneratie in een pil. Er is nog veel werk aan de winkel om de juiste formule te ontwikkelen, met name wat betreft de “verpakking en levering” van de kleine moleculen.
Naast het bevestigen van hun effectiviteit, moeten de onderzoekers ook de bijwerkingen en veiligheid van de medicijnen onderzoeken.
Ze zijn er echter van overtuigd dat hun nieuwe formule met vier geneesmiddelen ooit zijn potentieel zal realiseren als een ongecompliceerde behandeling voor mensen die de neuronale functie verliezen door hersenletsel, beroerte en neurodegeneratieve aandoeningen zoals de ziekte van Alzheimer.
"Mijn ultieme droom is om een eenvoudig medicijnafgiftesysteem te ontwikkelen, zoals een pil, dat patiënten met een beroerte en Alzheimer over de hele wereld kan helpen nieuwe neuronen te regenereren en hun verloren leer- en geheugenvermogen te herstellen."
Prof. Gong Chen
