Echipe de cercetare formate din oameni de ştiinţă de la Universitatea de Ştiinţă şi Tehnologie Pohang (Postech) şi Spitalului Universităţii Naţionale din Seul au realizat progrese remarcabile în domeniul neurobiologiei prin dezvoltarea cu succes a unui model tridimensional (3D) care reproduce cu acurateţe bariera hemato-encefalică (BHE). Această cercetare inovatoare, publicată recent în prestigioasa revistă Biomaterials Research, are potenţialul de a îmbunătăţi în mod substanţial cunoştinţele asupra bolilor neurodegenerative, inclusiv boala Alzheimer, boala Parkinson şi scleroza laterală amiotrofică (SLA).
Bolile neurodegenerative, precum maladiile Alzheimer, Parkinson şi scleroza laterală amiotrofică, rezultă din declinul progresiv al funcţiilor creierului şi ale sistemului nervos, în principal din cauza îmbătrânirii. Neuroinflamaţia cronică, un factor-cheie al acestor afecţiuni, provine din interacţiunile complexe dintre vasele de sânge cerebrale şi celulele neuronale, în care bariera hemato-encefalică joacă un rol esenţial de reglare. Cu toate acestea, modelele existente pentru bariera hemato-encefalică nu au reuşit să reproducă structura tridimensională complexă a vaselor de sânge cerebrale, reprezentând provocări semnificative pentru cercetare şi dezvoltarea de medicamente.
Pentru a aborda aceste limitări, o echipă de cercetare, condusă de profesorul Jinah Jang, de la departamentele de inginerie mecanică, ştiinţele vieţii de la Postech, şi de profesorul Sun Ha Paek de la departamentul de neurochirurgie al Spitalului Universităţii Naţionale din Seul, a dezvoltat o cerneală biologică cerebrovasculară specifică, folosind „matricea extracelulară decelularizată” (CBVdECM), derivată din creierul şi vasele de sânge de la porcine. Echipa a aplicat tehnologia de bioimprimare 3D pentru a construi un model vascular tubular care imită cu acurateţe structura anatomică şi funcţia barierei hemato-encefalice umane într-un mediu de laborator.
O caracteristică cheie a acestui model este formarea spontană a unei structuri cu două straturi fără stimuli externi. Atunci când „HBMEC (celule endoteliale microvasculare cerebrale umane)” şi „HBVP (pericite vasculare cerebrale umane)” au fost încorporate în CBVdECM şi imprimate, celulele endoteliale s-au autoasamblat în peretele vascular interior, în timp ce pericitele au format un strat înconjurător. Acest lucru a dus la crearea unei structuri cu două straturi care seamănă foarte mult cu arhitectura vaselor de sânge reale din creier.
Mai mult, echipa de cercetare a reprodus cu succes procesul de aranjare şi organizare a „proteinelor de joncţiune strânsă”, o componentă absentă de obicei în modelele convenţionale 2D.
În plus, permeabilitatea barierei hemato-encefalice şi răspunsurile inflamatorii au fost observate în urma expunerii la substanţe care induc inflamaţia (factorul de necroză tumorală alfa/TNF-α şi Interleukin-1 beta/IL-1β).
Această abordare a permis modelarea precisă a mecanismelor neuroinflamatorii, oferind informaţii esenţiale cu privire la rolul disfuncţiei barierei hemato-encefalice şi al inflamaţiei în fiziopatologia bolilor neurodegenerative.
„Acest studiu oferă o platformă cheie pentru investigarea mecanismelor patologice ale neuroinflamaţiei şi dezvoltarea de noi strategii terapeutice”, a declarat profesorul Sun Ha Paek de la Spitalul Universităţii Naţionale din Seul, într-un comunicat.
Dezvoltarea unui model precis şi funcţional al barierei hemato-encefalice ar putea schimba regulile jocului pentru companiile farmaceutice care ăşi propun să dezvolte tratamente eficiente pentru bolile neurodegenerative, care au fost mult timp considerate unele dintre cele mai dificile afecţiuni de vizat terapeutic.
Totodată, astfel de inovaţii tehnologice în domeniul bioingineriei subliniază importanţa bioimprimării 3D ca instrument transformator în cercetarea biomedicală. Permiţând cercetătorilor să fabrice modele biologice mai exacte şi mai reprezentative, bioimprimarea 3D deschide calea către crearea unor structuri tisulare (ţesuturi) complexe necesare pentru o multitudine de aplicaţii, de la testarea medicamentelor la medicina regenerativă.
În continuare, echipa îşi propune să integreze tipuri suplimentare de celule, cum ar fi celulele gliale, neuronii şi celulele imune, pentru a rafina metodele de cuantificare a răspunsurilor inflamatorii şi a permeabilităţii, extinzând în acelaşi timp cercetările la modele de boli specifice pacienţilor.
Implicaţiile potenţiale ale acestei cercetări sunt profunde, oferind o nouă platformă pentru investigarea mecanismelor patologice care stau la baza bolilor neuroinflamatorii, servind în acelaşi timp ca model de testare în laborator pentru dezvoltarea unor strategii terapeutice inovatoare.
Cercetarea a fost publicată recent în revista Biomaterials Research, un jurnal academic internaţional privind ştiinţa materialelor, şi a fost susţinută de Programul de sprijinire a institutelor de cercetare al Fundaţiei Naţionale de Cercetare din Coreea, precum şi de mai multe ministere din această ţară.
Având în vedere gravitatea bolilor neurodegenerative şi impactul lor asupra sănătăţii la nivel global, această cercetare nu este doar un exerciţiu academic, ci are potenţialul de a genera progrese considerabile în modul în care aceste boli sunt înţelese şi tratate. Abordarea multidisciplinară adoptată de cercetători îmbunătăţeşte semnificativ capacitatea de a explora şi testa noi strategii terapeutice menite să consolideze sănătatea şi funcţionarea creierului.
Pe măsură ce cercetările progresează, obiectivul final este de a extinde aceste modele în contextul unor boli specifice pacienţilor, ceea ce ar putea revoluţiona peisajul studierii bolilor neuroinflamatorii în cadrul medicinei personalizate. Acest efort de colaborare exemplifică modul în care cercetarea interdisciplinară care combină ingineria, ştiinţele vieţii şi medicina poate produce progrese revoluţionare, promiţând un viitor în care intervenţiile terapeutice personalizate se pot baza pe profilurile individuale ale pacienţilor.
În cele din urmă, această cercetare multidisciplinară reprezintă o rază de speranţă, sugerând că, prin convergenţa dintre inginerie şi ştiinţele vieţii, există o oportunitate tangibilă de a revoluţiona modul în care sunt studiate şi tratate unele dintre cele mai dificile boli care afectează omenirea.
Pe măsură ce cunoştinţele privind complexitatea barierei hemato-encefalice se extind, oamenii de ştiinţă se apropie apropiem de o nouă frontieră în domeniul neurobiologiei, una care oferă un potenţial fără precedent de ameliorare a bolilor neurodegenerative care afectează milioane de oameni din întreaga lume.
