Proti zdravljenju ALS: magnetna stimulacija obnovi oslabljene motonevrone – Physics World

Proti zdravljenju ALS: magnetna stimulacija obnovi oslabljene motonevrone – Physics World

Časovni žig: 5. julij 2023 5

Thomas Herrmannsdörfer in Richard Funk
Ponovno aktiviranje poškodovanih motonevronov Thomas Herrmannsdörfer (levo) in Richard Funk raziskujeta terapevtski učinek magnetnih polj na okvarjene motonevrone. (Z dovoljenjem: HZDR/Amac Garbe)

Amiotrofična lateralna skleroza (ALS) je huda neozdravljiva motnja, pri kateri so motonevroni – živčne celice v možganih in hrbtenjači, ki pošiljajo signale mišicam za nadzor gibanja – poškodovani. Brez delujočih motonevronov mišice ne prejemajo navodil in ne delujejo več, kar vodi do progresivne paralize, atrofije mišic in na koncu do odpovedi dihalnega sistema.

Trenutno ni uspešnega zdravljenja ALS, pri čemer imajo terapije z zdravili le obroben vpliv na preživetje bolnikov. Z namenom odpraviti to pomanjkljivost se je interdisciplinarna raziskovalna skupina odpravila na Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) in TU Dresden raziskuje potencial uporabe magnetnih polj za obnovitev okvarjenih motonevronov.

Vpliv magnetne stimulacije na nevronske bolezni je bil obsežno raziskan. Vendar je uporaba v perifernih živcih redka. V tej najnovejši študiji, poroča v Celice, so raziskovalci ocenili, ali bi lahko magnetna stimulacija perifernih motonevronov obnovila okvare v motonevronih, pridobljenih iz matičnih celic, bolnikov z ALS z mutacijami v genu FUS (FUS-ALS).

Ekipa – na čelu s fizik Thomas Herrmannsdörfer, celični biolog Arun Pal in dr Richard Funk, in ob podpori kolegov na TU Dresden in Univerze v Rostocku – ustvaril hrbtenične motonevrone z reprogramiranjem induciranih pluripotentnih izvornih celic, pridobljenih iz kožnih biopsij zdravih posameznikov in bolnikov s FUS-ALS. Zasnovali in izdelali so elektromagnetne tuljave, ki jih je mogoče upravljati v inkubatorjih za celične kulture, in jih uporabili za izpostavljanje motonevronov prilagojenim magnetnim poljem.

Vsaka magnetna stimulacija je obsegala štiri zaporedne tretmaje (večurne) z uporabo zelo nizkih frekvenc kvadratnega vala od 2 do 10 Hz. Tretmaji so bili izvedeni po tem, ko so celice dozorele 30 do 45 dni in vitro, pri čemer so tuljave vmes izklopljene. Po končnem zdravljenju je ekipa ohranila celice v kulturi dva dni, preden je ocenila vpliv magnetne stimulacije.

Impulzna magnetna polja bi lahko pomagala v boju proti nevrodegenerativnim boleznim
Proti ozdravitvi Impulzna magnetna polja bi lahko pomagala v boju proti nevrodegenerativnim boleznim. (Z dovoljenjem: HZDR/Sahneweiß)

Obnova okvar aksonov

Motonevroni imajo dolge izbokline, imenovane aksoni, ki lahko merijo do 1 m v dolžino, ki prenašajo snovi in ​​informacije. Motnje v transportu aksonskih organelov, kot so mitohondriji in lizosomi, prispevajo k nevronski degeneraciji pri ALS. Tako so raziskovalci uporabili živo celično slikanje in imunofluorescentno barvanje za merjenje gibljivosti teh organelov v motonevronih, izpostavljenih magnetnim poljem.

Najprej so pregledali povprečno hitrost organelov. Kvantitativna analiza sledenja je pokazala zmanjšano distalno povprečno hitrost tako za mitohondrije kot za lizosome v neobdelanih mutiranih motonevronih FUS v primerjavi s kontrolnimi celicami (pridobljenimi iz zdravih darovalcev). Izpostavljenost magnetnim poljem je povprečno hitrost motonevronov FUS vrnila nazaj na kontrolne ravni, pri čemer so bili najboljši učinki opaženi pri zelo nizkih frekvencah približno 10 Hz.

Druga značilnost ALS je zmanjšana sposobnost aksonov za rast in regeneracijo po poškodbah ali med staranjem. Takšna rast je ključnega pomena za ohranjanje mednevronske povezanosti preko živčnih končičev in prenos informacij. Da bi preučili, ali bi magnetna stimulacija lahko izboljšala takšne napake, je ekipa uporabila živo slikanje celic v mikrofluidnih komorah za analizo novega izrastka aksonskih rastnih stožcev po aksotomiji (pretrganje aksona).

Raziskovalci so opazili zmanjšano povprečno hitrost izraščanja aksonov pri neobdelanih motonevronih FUS v primerjavi s kontrolnimi celicami. Magnetna stimulacija motonevronov FUS pri 10 Hz je bistveno povečala povprečno hitrost rasti nazaj na kontrolne ravni. Magnetna polja niso vplivala na srednjo hitrost rasti kontrolnih motonevronov.

V številnih poskusih so raziskovalci pokazali, da se motonevroni bolnikov z ALS odzivajo na magnetna polja, pri čemer se okvarjen aksonski transport organelov ponovno aktivira s stimulacijo in obnovi aksonska regeneracija. Pomembno je, da so tudi dokazali, da magnetna stimulacija ni poškodovala zdravih celic.

Medtem ko se te ugotovitve zdijo obetavne, skupina poudarja potrebo po dolgoročnih in vivo študije. »Te upoštevamo in vitro rezultate kot spodbuden pristop na poti do morebitne nove terapije za ALS in druge nevrogenerativne bolezni,« pravi Herrmannsdörfer v izjavi za javnost. "Vendar pa tudi vemo, da so za potrditev naših ugotovitev potrebne podrobne nadaljnje študije."

Zdaj dela v okviru ThaXonian Herrmannsdörfer in njegovi sodelavci načrtujejo nadaljnje študije za optimizacijo parametrov uporabljenega magnetnega polja, razumevanje celičnega odziva na različne magnetne dražljaje in testiranje zdravljenja drugih nevrodegenerativnih motenj, kot so Parkinsonova, Huntingtonova in Alzheimerjeva bolezen.

Časovni žig:

Več od Svet fizike