Enkel läkemedelsformel regenererar hjärnceller
Forskare har tagit ett steg framåt i strävan efter ett piller som kan återställa hjärnans funktion förlorad genom stroke, hjärnskador och tillstånd som Alzheimers sjukdom.
Forskare vid Pennsylvania State University (Penn State) i State College omvandlade gliaceller till fungerande nervceller genom att använda en kombination av bara fyra små molekyler.
Gliaceller kan bland annat stödja och skydda nervceller, som är celler som utför hjärnans mentala funktioner.
I ett nytt studiearbete som nu finns i tidskriften Stamcellsrapporterbeskriver forskarna hur deras omvandlade nervceller överlevde i mer än 7 månader i laboratoriekulturer.
De nya nervcellerna visade också en förmåga att fungera som normala hjärnceller. De bildade nätverk och kommunicerade med varandra med både elektriska och kemiska signaler.
Gliaceller sprider sig efter skada
Seniorstudieförfattaren Gong Chen, som är professor i biologi vid Penn State, förklarar att nervceller inte regenereras när hjärnvävnad skadas.
"Däremot" tillägger han, "gliaceller, som samlas runt skadad hjärnvävnad, kan sprida sig efter hjärnskada."
I sin studiepapper förklarar han och hans team hur gliaceller bildar ärr som skyddar nervcellerna från ytterligare skador.
Men på grund av deras ständiga närvaro blockerar glialärr också tillväxten av nya nervceller och överföringen av signaler mellan dem.
Tidigare försök att återställa neuronregenerering genom att ta bort glialärr har haft "begränsad framgång", noterar studieförfattarna.
Prof. Chen tror att "det bästa sättet att återställa förlorade neuronfunktioner" är att skapa nya nervceller från gliacellerna nära de döda nervcellerna.
Omprogrammering av astrocyter till nervceller
I tidigare arbete hade professor Chen och hans team visat att det var möjligt att "kemiskt omprogrammera" en typ av gliaceller som kallas astrocyter i nervceller med hjälp av nio små molekyler i en viss sekvens. Men när de undersökte hur man översatte metoden från laboratoriet till kliniken insåg de att det var för komplicerat.
Så syftet med den nya studien var att hitta en mindre kombination av molekylerna som kan omprogrammera astrocyter till fungerande nervceller på ett enklare sätt.
Forskarna testade hundratals kombinationer tills de hittade en effektiv formel bestående av "fyra kärnmediciner".
”Genom att använda fyra molekyler”, förklarar den första studieförfattaren Jiu-Chao Yin, som är doktorand i biologi vid Penn State, ”som modulerar fyra kritiska signalvägar i mänskliga astrocyter, kan vi effektivt vända mänskliga astrocyter - så många som 70 procent - in i funktionella nervceller. ”
Teamet testade också effekten av att en av de fyra molekylerna släpptes från formeln. Ingen treläkemedelsformel var dock lika effektiv som fyrdrogsversionen. Faktum är att den bästa kombinationen av tre läkemedel var 20 procent mindre effektiv än den med fyra läkemedel.
Att bara använda en av molekylerna räckte inte för att omvandla astrocyterna till nervceller.
Enkelt alternativ till genterapi
Prof. Chen och hans kollegor har arbetat med att regenerera neuroner under en tid. Innan de vänder sig till kemisk omprogrammering hade de experimenterat med genterapi.
De drog dock slutsatsen att en genterapitillvägagångssätt, som kan kosta cirka 500 000 dollar per person, skulle vara för dyrt. Dessutom kräver leverans av genterapi sofistikerade, avancerade tekniker och expertis.
Prof. Chen förklarar att den största fördelen med den kemiska programmeringsmetoden är att "ett piller som innehåller små molekyler kan distribueras i stor utsträckning i världen och till och med nå landsbygden utan avancerade sjukhussystem."
Han och hans team fann också att injicering av de fyra läkemedlen i vuxna möss ökade generationen av nya hjärnceller i hippocampus, som är en hjärnregion som spelar en roll i minnet.
Mycket mer arbete framåt
Studieförfattarna påpekar att resultaten bara är ett steg framåt mot neuronregenerering i ett piller. Det finns fortfarande mycket arbete att göra för att utveckla rätt formel, särskilt när det gäller ”förpackning och leverans” av de små molekylerna.
Förutom att bekräfta deras effektivitet måste forskarna också undersöka läkemedlets biverkningar och säkerhet.
De är dock övertygade om att deras nya formel med fyra läkemedel en dag kommer att förverkliga dess potential som en enkel behandling för människor som förlorar neuronal funktion genom hjärnskador, stroke och neurodegenerativa tillstånd som Alzheimers sjukdom.
"Min ultimata dröm är att utveckla ett enkelt läkemedelsleveranssystem, som ett piller, som kan hjälpa stroke och Alzheimers patienter runt om i världen att regenerera nya neuroner och återställa deras förlorade inlärnings- och minnesfunktioner."
Prof. Gong Chen
