EPFL mokslininkai pasiekė reikšmingą mokslinių tyrimų etapą nugaros smegenų sužalojimų srityje – savo atvirojo kodo projektu pavadinimu „Tabulae Paralytica“ beprecedenčiai detalizavo paralyžiaus ląstelinę ir molekulinę dinamiką.
Grégoire Courtine ir jo komanda integravo pažangiausias ląstelių ir molekulių kartografavimo technologijas su dirbtiniu intelektu, kad būtų galima nustatyti sudėtingus molekulinius procesus, kurie vystosi kiekvienoje ląstelėje po nugaros smegenų traumų (SCI). Paskelbta m Gamtašis esminis darbas ne tik identifikuoja specifinį neuronų ir genų rinkinį, kuris atlieka pagrindinį vaidmenį sveikstant, bet ir siūlo sėkmingą genų terapiją, gautą iš jo atradimų.
Supratimas, kodėl nugaros smegenų sužalojimų beveik neįmanoma išgydyti, atskleidžia šio proveržio reikšmę. Žmogaus nugaros smegenys yra viena iš sudėtingiausių mokslui žinomų biologinių sistemų – tai mechaninis, cheminis ir elektrinis įvairių tipų ląstelių išdėstymas, darniai veikiantis ir reguliuojantis daugybę neurologinių funkcijų, įskaitant natūralią, elegantišką eiseną. . Šis ląstelių sudėtingumas sustiprina veiksmingo nugaros smegenų pažeidimo sukelto paralyžiaus gydymo iššūkius.
Iki šiol tradiciniai vaizdavimo ir kartografavimo metodai leido apibendrinti SCI ląstelių mechanizmus. Tačiau šis specifiškumo trūkumas ištrina skirtingus atskirų ląstelių tipų vaidmenis ir reakcijas ir trukdė plėtoti tikslingus gydymo būdus, nes terapijos negalėjo būti tiksliai sureguliuotos, kad būtų galima išspręsti specifinę ląstelių dinamiką.
„Šiame tyrime siekėme ne mažiau kaip revoliucijos biologiniame nugaros smegenų pažeidimo supratime“, – sako Courtine. „Siūlydami išskirtinai išsamų pelių nugaros smegenų pažeidimo ląstelių ir molekulinės dinamikos vaizdą erdvėje ir laike, keturi ląstelių atlasai, apimantys Tabulae Paralytica, užpildo istorinių žinių spragą, atverdami kelią tiksliniam gydymui ir geresniam atsigavimui.
Pirmasis gydymo būdas, gautas iš šio naujo supratimo apie sudėtingą paralyžiaus ląstelių dinamiką, yra tikslinė genų terapija. Sukurta bendradarbiaujant su kolega EPFL Neuro X profesoriumi Bernardu Schneideriu, terapija remiasi esminiu atradimu: tyrėjai nustatė, kad tam tikros rūšies pagalbinė ląstelė, vadinama astrocitu, praranda gebėjimą reaguoti į pagyvenusių gyvūnų sužalojimus.
„Didžiąją pastarojo šimto metų dalį buvo manoma, kad astrocitai kenkia nervų atstatymui. Mūsų duomenys dar labiau patvirtina šios minties panaikinimą ir rodo esminį šių ląstelių apsauginį vaidmenį, kurį galima panaudoti stuburo smegenų pažeidimams gydyti”, – sako EPFL Markas. Andersonas, vyresnysis tyrimo autorius.
Kitas svarbus tyrimo rezultatas yra specifinio neuronų pogrupio, žinomo kaip Vsx2 neuronai, identifikavimas, kuris iš prigimties yra pasirengęs skatinti atsigavimą.
„Mūsų ankstesni tyrimai parodė jų kryptį, tačiau turėdami šį naują, tiksliai suderintą supratimą, dabar galime tvirtai pasakyti, kad Vsx2 neuronai yra daugiausia atsakingi už nervų grandinės pertvarkymą, o tai reiškia, kad jie yra pati įdomiausia neuronų populiacija. nugaros smegenų pažeidimo taisymas“, – sako Jordanas Squairas, kitas vyresnysis EPFL tyrimo autorius.
Norėdami sukurti pirmąjį išsamų stuburo smegenų sužalojimų ląstelių žemėlapį graužikų modeliuose, mokslininkai panaudojo dvi naujoviškas technologijas. Pirmoji, vienos ląstelės seka, tiria kiekvienos ląstelės genetinę sandarą. Nors jis buvo naudojamas daugiau nei dešimtmetį, naujausi pažanga leido mokslininkams išplėsti procesą kaip niekad anksčiau, sukuriant išsamias milijonų nugaros smegenų ląstelių ataskaitas.
Antra, erdvinė transkriptomika – pažangiausia technologija, parodanti, kur vyksta ši ląstelių veikla – išplėtė žemėlapį per visą nugaros smegenis, išsaugodama erdvinį kontekstą ir ryšius tarp skirtingų ląstelių tipų.
Nauji duomenys yra tokie dideli, kad reikėjo sukurti naujus mašininio mokymosi metodus, kad būtų galima panaudoti jų sudėtingumą. Šis skaičiavimo metodas naudoja dirbtinį intelektą, kad ne tik būtų galima nustatyti tiesioginius atskirų ląstelių genetinius atsakus, bet ir išdėstyti šiuos atsakymus fiziniame ir laikinajame nugaros smegenų kraštovaizdyje.
„Dabar turime išsamų žemėlapį, kuriame ne tik parodoma, kurios ląstelės yra susijusios, bet ir kaip jos sąveikauja ir keičiasi traumos ir atsigavimo proceso metu“, – aiškina Squairas. „Šis visapusiškas supratimas yra labai svarbus kuriant gydymo būdus, kurie yra tiksliai pritaikyti konkrečioms ląstelėms ir unikaliems įvairių sužalojimų taisymo reikalavimams, atveriant kelią veiksmingesnei ir individualizuotai terapijai.”
Tabulae Paralytica yra svarbus BST tyrimų etapas. Jis sujungia mokslinę įžvalgą su technologinėmis naujovėmis, kad atvertų naujus SCI supratimo ir gydymo horizontus. Nors šis tyrimas buvo atliktas naudojant graužikų modelius, tikimasi, kad gautos įžvalgos bus pritaikytos klinikiniams tikslams, kur Courtine ir jo komanda padarė didelę pažangą daugiau nei dešimtmetį.