En nanostruktur, der stimulerer vækst af stamceller til behandling af Parkinsons sygdom

Forskere fra Hong Kong Baptist University (HKBU) har opfundet en nanostruktur, der kan stimulere neurale stamceller til at differentiere til nerveceller. De fandt ud af, at transplantationen af ​​disse nerveceller til rotter med Parkinsons sygdom gradvist forbedrede deres symptomer, med de nye celler, der erstatter beskadigede nerveceller omkring transplantationsstedet. Denne nye opfindelse giver lovende indsigt i stamcelleterapier og giver håb om en ny behandling for Parkinsons sygdom.

Brug af stamceller til behandling af Parkinsons sygdom

Parkinsons sygdom er en af ​​de mest almindelige neurodegenerative sygdomme. Det er almindeligvis diagnosticeret hos personer over 60 år. Det opstår som følge af degeneration af dopaminerge neuroner (dvs. dopamin-producerende nerveceller) i substantia nigra, et komplekst og kritisk område af hjernen. Dette resulterer i nedsat kropsbevægelse og problemer med kroppens motoriske systemer, med almindelige symptomer, herunder rysten og gangbesvær.

Mens nuværende behandlinger ikke kan helbrede Parkinsons sygdom fuldstændigt, stamcelleterapi er en af ​​de mest lovende potentielle behandlinger. Det involverer at dyrke stamceller til differentiering til nye og sunde celler, væv eller organer, som derefter kan transplanteres til menneskekroppen for at erstatte beskadigede eller døde celler.

Konventionelle stamcelledyrkningsteknikker kræver et stort antal yderligere vækstfaktorer i et dyrkningsmedium. De anvendte kemikalier kan stimulere væksten af ​​kræftceller og øge risikoen for at udvikle tumorer efter transplantation til menneskekroppen. Udover, de hjernelignende strukturer opnået ved denne metode ligner normalt dårligt deres modstykker i hjernen. Effektiviteten af ​​de konventionelle dyrkningsteknikker er lav, da processen strækker sig over mere end en måned, medfører en høj risiko for kontaminering.

Reduktion af differentieringstid og kræftrisiko

Den banebrydende nanomatrix, udviklet af et forskerhold ledet af professor Ken Yung Kin-lam, Professor ved Institut for Biologi og Dr. Jeffery Huang Zhifeng, Lektor ved Institut for Fysik ved HKBU, kan inducere den hurtige og specifikke differentiering af neurale stamceller til miniature substantia nigra-lignende strukturer (mini-SNLS'er). Disse mini-SNLS'er består hovedsageligt af dopaminerge neuroner, og de kan erstatte de beskadigede eller degenererede celler i substantia nigra i hjernen.

Nanomatrixen består af en silicaplade belagt med et nanostrukturlag. Tykkelsen af ​​nanomatricen er kun 550 til 730 nm, alligevel er der billioner af nanozigzag-strukturer på overfladen, som kan initiere væksten af ​​neurale stamceller til mini-SNLS'er uden brug af kemiske vækstfaktorer.

"Når de neurale stamceller kommer i fysisk kontakt med vores skræddersyede nanozigzag matrix in vitro, den 'fysiske massage' kan få cellerne til at differentiere sig hurtigt til de ønskede dopaminerge neuroner. En selvorganiseret mini-hjerne-lignende struktur kan udvikles på kun to uger med væsentligt reduceret risiko for carcinogenese, " sagde Dr. Huang.

Opmuntrende resultater i rottemodeller

Forskerholdet udførte yderligere laboratorieforsøg med mini-SNLS'er i en rottemodel. De transplanterede mini-SNLS'er dyrket med nanozigzag-matrix ind i hjernen på rotter med Parkinsons sygdom, der udviste alvorlig motorisk asymmetri og rotation, som er hovedsymptomer på Parkinsons sygdom.

Fra den 8. uge efter transplantationen, alle rotter viste forbedringer og en progressiv reduktion i rotation. I den 18. uge, dopaminerge neuroner blev set og bredt spredt rundt på det primære transplantationssted. Ud over, ingen tumorlignende karakteristika blev påvist. I modsætning, rotter i kontrolgruppen uden transplantation viste ingen tegn på bedring.

Differentiering af andre funktionelle celler

"Resultaterne viste, at disse mini-hjerne-lignende strukturer udviste fremragende overlevelse og funktionalitet i hjernen hos rotter og resulterede i den tidlige og progressive forbedring af Parkinsons sygdom hos rotter in vivo. Det lægger grundlaget for forskning i stamcelleterapier, der evt. i sidste ende helbrede Parkinsons sygdom, " sagde professor Yung.

"Ved at variere stivheden, tæthed og arrangement af nanozigzag, eller formen af ​​matrixlaget, de neurale stamceller kan differentieres til forskellige ønskelige funktionelle celler. Opfindelsen har vist et stort potentiale til behandling af andre uhelbredelige sygdomme, Alzheimers sygdom og visse former for kræft, " tilføjede professor Yung.

Forskningsopdagelsen blev offentliggjort i det akademiske tidsskrift Avanceret Videnskab . Forskerholdet har fået et amerikansk patent på nanozigzag-matricen.

Bortset fra HKBU-forskere, forskerholdet inkluderede også Dr. King Lai Wai-chiu, Lektor ved Institut for Mekanisk og Biomedicinsk Teknik ved City University of Hong Kong, og en række andre forskere.