Komórki macierzyste stanowią obiecującą metodę leczenia choroby zwyrodnieniowej stawów, ale przy użyciu obecnych technik obrazowania trudno jest ocenić jej skuteczność. Zespół finansowanego ze środków UE projektu opracował nową technikę umożliwiającą obrazowanie komórek macierzystych na istotnych klinicznie poziomach.
Zapalenie stawów jest wyniszczającą i najbardziej rozpowszechnioną na świecie chorobą.
Choroba zwyrodnieniowa stawów, spowodowana stopniowym ścieraniem się chrząstki stawowej w miarę upływu czasu, dotyka około 10 % światowej populacji. W samej tylko Europie cierpi na nią około 70 milionów osób. Mimo to wciąż brak jest na nią skutecznego lekarstwa. Większość metod leczenia skupia się na łagodzeniu objawów i nie przywraca formy ani funkcji stawu.
Komórki macierzyste stanowią jedną z obiecujących możliwości terapeutycznych, oferując unikalną szansę regeneracji uszkodzonej chrząstki. Przeszkodą w stosowaniu tej terapii jest jednak niemożność wykrycia pomyślnego przeszczepu w czasie rzeczywistym za pomocą konwencjonalnych technik obrazowania.
„Potencjał leczenia z wykorzystaniem komórek macierzystych ogranicza jednak brak wiedzy na temat tego, dokąd trafiają komórki i jak działają w organizmie ludzkim”, wyjaśnia Martin Leahy, kierujący katedrą fizyki stosowanej na Uniwersytecie w Galway.
Ograniczenia obecnych technologii
Obecne technologie obrazowania nie umożliwiają wizualizacji elementów mniejszych niż 1/200 głębokości tkanki, a komórki macierzyste mają niski kontrast wewnętrzny, co sprawia, że są trudne do dostrzeżenia. „To ogranicza postęp w zakresie ich właściwości leczniczych i bezpieczeństwa”, mówi Leahy.
Leahy koordynował finansowany ze środków UE projekt STARSTEM, w ramach którego zaproponowano nową, innowacyjną technikę obrazowania umożliwiającą obserwację ludzkich komórek macierzystych na istotnych klinicznie poziomach. Zespół projektu STARSTEM zaproponował zastosowanie złotych nanogwiazdek, które pochłaniają 10 razy więcej światła niż konwencjonalne barwniki i pomagają precyzyjnie zlokalizować komórki macierzyste.
„Udało nam się zaobserwować mezenchymalne komórki macierzyste (ang. mesenchymal stem cells, MSC) i pęcherzyki zewnątrzkomórkowe (ang. extracellular vesicle, EV) w głębokich warstwach owczych kolan, najlepszym modelu ludzkiego zapalenia stawu kolanowego, przez kilka miesięcy po wstrzyknięciu”, twierdzi Leahy.
MSC to komórki wyizolowane z mieszanki składającej się na szpik kostny, a EV to maleńkie pęcherzyki znajdujące się w obrębie MSC.
Obrazowanie za pomocą nanotechnologii
Celem projektu STARSTEM było wykorzystanie i poprawa właściwości oferowanych przez obrazowanie optoakustyczne, nieinwazyjny system, który wykorzystuje lasery do tworzenia obrazów tkanek – i innych substancji – pod skórą
Nanomateriały posiadają pewne właściwości, które pozwalają im ulepszyć tego rodzaju system obrazowania. Badacze działający w ramach projektu STARSTEM umieścili wewnątrz komórek macierzystych złote nanogwiazdki, które zwiększają kontrast i usprawniają obrazowanie głębokich tkanek.
„Nanogwiazdki STARSTEM zoptymalizowano, aby zapewnić największą depozycję energii, a tym samym kontrast fotoakustyczny spośród wszystkich cząstek”, wyjaśnia Leahy.
„Energia zdeponowana w nanogwiazdkach powoduje, że otaczające je komórki i tkanki drgają bardziej niż w przypadku jakiejkolwiek innej cząsteczki, dzięki czemu stają się one łatwiej dostrzegalne za pomocą systemu fotoakustycznego”, dodaje.
Zespół zoptymalizował wszystkie części procesu obrazowania, co pozwoliło im na wykrywanie najmniejszej liczby MSC i EV na istotnej klinicznie głębokości.
Dzięki serii prób udało im się określić najlepszy rozmiar i kształt złotej nanocząstki, aby poprawić kontrast obrazowania. Właśnie te postępy pozwoliły zespołowi zmaksymalizować wychwytywanie komórek macierzystych, zapewniając jednocześnie brak efektów toksycznych.
Droga ku medycynie regeneracyjnej
Postępy mogą pomóc naukowcom lepiej zrozumieć, jak działają komórki macierzyste i pomóc w przejściu od medycyny profilaktycznej do medycyny regeneracyjnej.
Celem tej gałęzi medycyny jest opracowanie metod naprawy lub zastępowania utraconych komórek. Uważa się, że zarówno MSC, jak i EV wyzwalają proces gojenia i wspierają naprawę tkanek w organizmie.
Zespół projektu STARSTEM ma teraz na celu przetestowanie swoich złotych nanogwiazdek w badaniach klinicznych.
Komentarze
[ z 0]