Development of implant treatments with neuroprotective and neurogenic activities for central nervous system injuries
Authors: Γεωργέλου Κωνσταντίνα 
Published: May 2023

Τα τραύματα του Κεντρικού Νευρικού Συστήματος (ΚΝΣ), συμπεριλαμβανομένων των τραυμάτων στο οπτικό νεύρο και το νωτιαίο μυελό, πλήττουν χιλιάδες ασθενείς κάθε χρόνο. Παρά την πρόοδο στην κατανόηση των μηχανισμών απόκρισης του ΚΝΣ στο τραύμα, οι διαθέσιμες θεραπείες παραμένουν ελάχιστα αποτελεσματικές. Οι μακροχρόνιες δραματικές επιπτώσεις στους ασθενείς τραύματος ΚΝΣ, καθιστούν επιτακτική την ανάγκη ανάπτυξης αποτελεσματικών θεραπευτικών στρατηγικών που θα μπορούν να επιδράσουν θετικά στην επούλωση των πληγών του ΚΝΣ. Λόγω της πολυπαραγοντικής φύσης της διαδικασίας επούλωσης στο ΚΝΣ, είναι πλέον αποδεκτό ότι απαιτούνται συνδυαστικές θεραπείες, οι οποίες θα μπορούν να επιδράσουν σε πολλαπλά σημεία της.H παρούσα διδακτορική διατριβή εστιάζει στην ανάπτυξη και πειραματική αξιολόγηση νέων θεραπειών για τραύματα του ΚΝΣ που συνδυάζουν τις συμπληρωματικές δράσεις τριών συστατικών: (1) Πορώδη ικριώματα κολλαγόνου (ΠΙΚ), (2) Νευρικά Βλαστικά Κύτταρα (ΝΒΚ) και (3) Μικρονευροτροφίνες (ΜΝΤ). Τα ΠΙΚ είναι βιοϋλικά με εκτενή χρήση στην κλινική πρακτική της αναγεννητικής ιατρικής, καθώς παρέχουν φυσική στήριξη, έλεγχο της φλεγμονής στην περιοχή του τραύματος και μέσο για επιμήκυνση των αξόνων, ενώ δρουν και ως φορείς για τη μεταφορά βλαστικών κυττάρων και θεραπευτικών μορίων στο σημείο του τραύματος. Τα ΝΒΚ είναι πολυδύναμα κύτταρα που μπορούν να διαφοροποιηθούν και να αναπληρώσουν νευρικά κύτταρα που χάθηκαν στο σημείο του τραύματος. Οι ΜΝΤ είναι μικρά μόρια με δράσεις που μιμούνται τις ενδογενείς νευροτροφίνες και έχουν δείξει σημαντικές νευροπροστατευτικές και νευρογεννητικές δράσεις σε διάφορα είδη νευρώνων και ζωικά μοντέλα νευροεκφυλιστικών ασθενειών, αλλά δεν έχουν δοκιμαστεί ακόμα σε τραύματα του ΚΝΣ. Το πρώτο μέρος της διατριβής αξιολογεί τα αποτελέσματα της τοπικής χορήγησης της BNN27, την καλύτερα μελετημένη ΜΝΤ in vitro και in vivo, σε ένα μοντέλο τραύματος οπτικού νεύρου ποντικού (optic nerve crush). Συγκεκριμένα, εστιάζει στις δράσεις της ΒΝΝ27 στην προστασία των γαγγλιακών νευρώνων του αμφιβληστροειδούς (ΓΝΑ) από απόπτωση και την βελτίωση της αναγέννησης των αξόνων τους στο σημείο του τραύματος. Η BNN27 χορηγήθηκε είτε μέσω σταγόνων στο μάτι είτε μέσω εμποτισμού σε ένα ΠΙΚ, το οποίο τοποθετήθηκε γύρω από το οπτικό νεύρο στο σημείο όπου είχε προηγουμένως προκληθεί τραυματισμός με σύνθλιψη του οπτικού νεύρου, με σκοπό την τοπική απελευθέρωση της ΜΝΤ στο σημείο του τραύματος. Η αξιολόγηση των δράσεων της ΒΝΝ27 πραγματοποιήθηκε 2 και 10 εβδομάδες μετά τον τραυματισμό χρησιμοποιώντας ανοσοϊστοχημεία (για δείκτες απόπτωσης, φλεγμονής και αξονικής επιμήκυνσης) και πειράματα συμπεριφοράς (Optomotor Response assay). Σε δεύτερο στάδιο, αξιολογήθηκαν περισσότερες ΜΝΤ ex vivo σε αμφιβληστροειδείς ποντικιών για την επίδρασή τους στην αναγέννηση των αξόνων των ΓΝΑ.Τα αποτελέσματα έδειξαν για πρώτη φορά την επίδραση της ΒΝΝ27 σε ζωικό μοντέλο οπτικού τραύματος, καθώς η χορήγηση της ΒΝΝ27 οδήγησε στην αύξηση της επιβίωσης των ΓΝΑ και τη μείωση της φλεγμονής 2 εβδομάδες μετά το τραύμα. Παρ’ όλ’ αυτά, η ΒΝΝ27 δεν ώθησε την αξονική επιμήκυνση, ενώ η νευροπροστατευτική της δράση δεν ήταν μακροχρόνια, καθώς δεν παρατηρήθηκε στις 10 εβδομάδες μετά το τραύμα. Αυτά τα αποτελέσματα οδηγούν στην ανάγκη για περαιτέρω διερεύνηση των μηχανισμών δράσης των ΜΝΤ, καθώς και τον πιθανό συνδυασμό της ΒΝΝ27 με άλλες ΜΝΤ ή άλλα θεραπευτικά μόρια. Σημαντικό σημείο του πρώτου μέρους της διατριβής αυτής είναι επίσης η χορήγηση της ΜΝΤ για πρώτη φορά μέσω ΠΙΚ, η οποία έδειξε μεγαλύτερη αποτελεσματικότητα σε σύγκριση με τη χορήγηση μέσω σταγόνων, αναδεικνύοντας τη σημασία της στοχευμένης χορήγησης θεραπευτικών μορίων στο σημείο του τραύματος.Το δεύτερο μέρος της διατριβής αξιολογεί τα αποτελέσματα συνδυαστικών θεραπειών σε ένα μοντέλο τραύματος νωτιαίου μυελού ποντικού (dorsal column crush). Αρχικά, αξιολογεί τη χορήγηση εμφυτευμάτων ΠΙΚ με ΝΒΚ στο σημείο του τραύματος και στη συνέχεια, το συνδυασμό του εμφυτεύματος με την υποδόρια (pellet) χορήγηση της ΒΝΝ27. Πιο συγκεκριμένα, εστιάζει στην εκτίμηση της ικανότητας των θεραπειών αυτών να σώσουν τους νευρώνες του νωτιαίου μυελού από την απόπτωση ύστερα από το τραύμα. Παράλληλα, διερευνά την ικανότητα της ΒΝΝ27 να βελτιώσει την επιβίωση και διαφοροποίηση των ΝΒΚ του εμφυτεύματος, καθώς και την ενσωμάτωση τους με τον γειτονικό ιστό. Η αξιολόγηση των επιδράσεων των θεραπειών αυτών πραγματοποιήθηκε 12 εβδομάδες μετά τον τραυματισμό χρησιμοποιώντας ανοσοϊστοχημεία (για δείκτες απόπτωσης, πολλαπλασιασμού, διαφοροποίησης, φλεγμονής, αξονικής επιμήκυνσης, συναπτογένεσης και αγγειογένεσης) και πειράματα συμπεριφοράς που ποσοτικοποιούν τη βάδιση του ζώου (Horizontal Ladder Walking assay).Τα αποτελέσματα ανέδειξαν τη σημασία των ΠΙΚ στη μεταφορά των ΝΒΚ στο σημείο του τραύματος σε αντίθεση με τη μέθοδο ενέσιμης εισαγωγής διαλύματος ΝΒΚ. Η χορήγηση εμφυτευμάτων ΠΙΚ με ΝΒΚ μείωσε την ουλή γύρω από το τραύμα και αύξησε την πυκνότητα των νευρώνων, τη συναπτογένεση, την αξονική επιμήκυνση και την αγγειογένεση 12 εβδομάδες μετά το τραύμα. Επιπλέον, βελτίωσε σημαντικά τη βάδιση των ζώων κατά την 9η-10η εβδομάδα. Το δεύτερο μέρος της διατριβής αυτής δείχνει επίσης για πρώτη φορά την επίδραση της ΒΝΝ27 σε ζωικό μοντέλο τραύματος στο νωτιαίο μυελό, καθώς η χορήγηση της ΒΝΝ27 οδήγησε στη μείωση της ουλής γύρω από το τραύμα και της απώλειας των νευρώνων. Επιπλέον, κατά την ταυτόχρονη χορήγηση της ΒΝΝ27 με τα εμφυτεύματα ΠΙΚ με ΝΒΚ, η ΒΝΝ27 αύξησε σημαντικά την πυκνότητα των κυττάρων που προέρχονταν από τα ΝΒΚ, πιθανώς αντιμετωπίζοντας έτσι ένα από τα σημαντικότερα προβλήματα των ΝΒΚ θεραπειών.Συμπερασματικά, η διατριβή αυτή παρουσιάζει καινοτόμες συνδυαστικές θεραπείες που θα μπορούσαν να δώσουν την ευκαιρία για ανάπτυξη πιο αποτελεσματικών θεραπειών για την αντιμετώπιση των τραυμάτων στο ΚΝΣ, επικεντρώνοντας στη μεγάλη σημασία της προκλινικής έρευνας και θέτοντας την ως βάση για περαιτέρω κλινική εξέλιξη.