Cientistas da Northwestern Medicine desenvolveram uma "estrutura" molecular capaz de aumentar a atividade elétrica e o crescimento dos neurônios, o que pode ser útil no tratamento de lesões na medula espinhal, de acordo com resultados recentes publicados no ACS Nano .



De acordo com o Centro Estatístico Nacional de Lesões da Medula Espinhal, 17.730 novas lesões da medula espinhal são diagnosticadas a cada ano, e cerca de 291.000 pessoas vivem com lesões da medula espinhal nos EUA.

Lesões no sistema nervoso central, incluindo lesões na medula espinhal, muitas vezes resultam em disfunção do sistema nervoso a longo prazo, uma vez que esses neurônios têm capacidade limitada de regeneração. O estudo atual investigou novas abordagens para melhorar esse processo de regeneração, de acordo com Samuel Stupp, Ph.D., Professor do Conselho de Curadores de Ciência e Engenharia de Materiais, Química, Medicina e Engenharia Biomédica, que foi o autor sênior do estudo.

"Terapias eficazes para a regeneração do sistema nervoso central basicamente não estão disponíveis no momento", disse Stupp, que também é o diretor fundador do Instituto Simpson Querrey de BioNanotecnologia (SQI) e de seu centro de pesquisa afiliado, o Centro de Nanomedicina Regenerativa. “Existem algumas ideias sobre o uso de células-tronco e medicamentos de moléculas pequenas, mas nossa abordagem é algo muito diferente.

"Desenvolvemos fibras em nanoescala, formadas por dezenas de milhares de moléculas, com a capacidade de sinalizar neurônios e outras células e construídas a partir de blocos de construção naturais que são completamente seguros de usar. Por design, as nanofibras solúveis em água gelificam instantaneamente em um estrutura semelhante a um andaime após a injeção em um local do tecido onde a regeneração é necessária. Depois de algumas semanas, o salto do andaime inicia processos regenerativos e então se desintegra em nutrientes para as células”.

Pesquisas anteriores mostraram que certas proteínas podem ser introduzidas no local de uma lesão na medula espinhal para promover a cura, mas a curta meia-vida das proteínas as impede de fornecer resultados duradouros.

No estudo, os investigadores procuraram desenvolver um novo tipo de nanofibra que imitasse a bioatividade da proteína netrina-1 e pudesse fornecer sinais aos neurônios de forma sustentável durante longos períodos de tempo. Sabe-se que a Netrin-1 promove novas conexões neurais e crescimento e pode ser fundamental na orientação de axônios – as longas extensões de neurônios que transmitem sinais elétricos – para seus alvos, permitindo a capacidade de caminhar após lesão na medula espinhal.

Primeiro, os investigadores do estudo projetaram um peptídeo anfifílico, o tipo de molécula usada no laboratório Stupp para criar nanofibras bioativas, que tinha um peptídeo circular mimético de netrina-1 ligado para interagir com um receptor celular específico. O peptídeo mimético da netrina-1 é extremamente pequeno em comparação com a proteína e contém uma sequência chave de aminoácidos que ativou os receptores celulares alvo para a bioatividade desejada, de acordo com o estudo.

Quando os investigadores expuseram as nanofibras a neurônios corticais de camundongos in vitro, observaram aumento da atividade elétrica e maior crescimento de neurites – indicadores-chave da regeneração nervosa. A análise da proteína confirmou que as nanofibras ativaram os receptores neuronais da netrina-1 e imitaram com sucesso a proteína durante longos períodos de tempo, de acordo com o estudo.

"Vimos que a nanofibra anfifílica do peptídeo mimético da netrina-1 foi capaz de ser tão bioativa quanto a proteína netrina-1", disse Cara Smith, Ph.D. em engenharia biomédica. candidato no laboratório Stupp e primeiro autor do artigo. "Não só foi capaz de aumentar o crescimento de neuritos, mas também de afetar a maturação neuronal e orientar o desenvolvimento de novas sinapses, ou pontos de comunicação entre os neurônios."

O laboratório Stupp já concluiu um estudo preliminar avaliando as capacidades de cura da nanoestrutura em animais vivos, com alguns resultados iniciais promissores, disse Stupp.

“Esta nanofibra oferece uma visão para terapias muito potentes para a regeneração do sistema nervoso central que são completamente seguras de usar, são bioativas e muito eficazes”, disse Stupp. "Eles também podem se biodegradar com segurança depois de terem feito seu trabalho. Esse tipo de plataforma não existe no momento."

Mais informações: Cara S. Smith et al, Enhanced Neuron Growth and Electrical Activity by a Supramolecular Netrin-1 Mimetic Nanofiber, ACS Nano (2023). DOI:10.1021/acsnano.3c04572. pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acsnano.3c04572
Informações do diário: ACS Nano

Fornecido pela Northwestern University