როჩესტერის უნივერსიტეტის მეცნიერთა რევოლუციური მიღწევა ნეირომეცნიერების კვლევის სტანდარტებს ცვლის: მათ შექმნეს უახლესი მიკროჩიპური სისტემები, რომლებიც ადამიანის ტვინის ქსოვილს შეიცავს. ეს ინოვაციური ტექნოლოგია მკვლევრებს უპრეცედენტო შესაძლებლობას აძლევს, დეტალურად შეისწავლონ ადამიანის ტვინის მუშაობა როგორც ნორმალურ პირობებში, ისე ისეთი პათოლოგიური ცვლილებების დროს, როგორიცაა მწვავე ანთება, ინფექცია ან ქრონიკული ნეიროდეგენერაციული დაავადებები (მაგალითად, ალცჰაიმერი).
ამ ტექნოლოგიის მთავარი მიზანია ჩაანაცვლოს ცხოველებზე კვლევა და უზრუნველყოს შედეგების მაქსიმალური სიზუსტე ადამიანის ორგანიზმისთვის. პროფესორ ჯეიმს მაკგრათის ხელმძღვანელობით შექმნილი ეს მოდელი, რომელიც ადამიანის სხვადასხვა ქსოვილის ურთიერთქმედებებს ასახავს, გადამწყვეტ როლს შეასრულებს ჰემატოენცეფალური ბარიერის – ტვინის დამცავი კრიტიკული საზღვრის – ფუნქციის გაგებაში. ბარიერის დაზიანება მრავალი ნევროლოგიური პრობლემის საწყისია, რის გამოც მისი შესწავლა კონტროლირებად და რეალისტურ გარემოში გადამწყვეტია ახალი თერაპიული მიდგომების შესამუშავებლად.
Medscriptum-მა ჩაწერა ინტერვიუ ამ სამეცნიერო მიღწევის ერთ-ერთ წამყვან მკვლევართან, პროფესორ ჯეიმს მაკგრათთან, რომელიც სიღრმისეულ ხედვას გვთავაზობს იმ ინოვაციაზე, რომელიც როჩესტერის უნივერსიტეტმა შეიმუშავა.
პროფესორ ჯეიმს მაკგრათს დიდი გამოცდილება აქვს MIT-სა და ჰარვარდში მუშაობის, ამჟამად როჩესტერის უნივერსიტეტის ბიოსამედიცინო ინჟინერიის ფაკულტეტის წამყვანი ფიგურაა, ის ნანომემბრანების კვლევით ჯგუფს (NRG) ხელმძღვანელობს. მისი გუნდი ქმნის ულტრათხელ სილიკონის ნანომემბრანებზე დაფუძნებულ მიკროჩიპურ სისტემებს, რომლებიც ადამიანის ტვინის ქსოვილს შეიცავს.
პროფესორი მაკგრათი დეტალურად გვესაუბრება, თუ როგორ უზრუნველყოფს ეს ტექნოლოგია უპრეცედენტო სიზუსტეს ისეთი პათოლოგიების შესწავლისას, როგორიცაა ალცჰაიმერი ან ციტოკინური შტორმი. შეიტყვეთ, როგორ ცვლის ეს მიღწევა ტრადიციულ მეთოდებს და რა როლი ენიჭება ჰემატოენცეფალური ბარიერის და პერიციტების შესწავლას.
ინტერვიუ ჯეიმს მაკგრათთან
თქვენმა გუნდმა შექმნა ადამიანის ქსოვილის შემცველი ჩიპები, რომლებიც ჰემატოენცეფალური ბარიერის მოდელს იმეორებს. რამ გიბიძგათ ამ მიდგომისკენ და როგორ აუმჯობესებს აღნიშნული ინოვაცია მეთოდოლოგიას ტრადიციულ ცხოველურ მოდელებთან შედარებით?
ჩვენ დიდი ხანია ვმუშაობთ ადამიანის ჰემატოენცეფალური ბარიერის მოდელირებაზე. ამის სტიმული კლინიცისტებისგან მივიღეთ, რომლებიც სეფსისის მქონე პაციენტებს მკურნალობენ და გვიჩვენეს, თუ რამდენად დამანგრეველია ეს სინდრომი — მათ შორის იმ პაციენტებისთვისაც, რომლებიც ცოცხლები რჩებიან, მაგრამ უვითარდებათ ხანგრძლივი კოგნიტური დაქვეითება.
მიუხედავად მღრღნელებზე ათწლეულების კვლევისა, სეფსისის სამკურნალოდ ჯერ კიდევ არ არსებობს დამტკიცებული მედიკამენტები, ძირითადად იმიტომ, რომ მღრღნელებისა და ადამიანის იმუნური სისტემები ძლიერ განსხვავდება. ჩვენი ქსოვილოვანი ჩიპების მეშვეობით, რომლებშიც ადამიანის უჯრედები — მათ შორის იმუნური უჯრედები — გამოიყენება, შეგვიძლია გამოვავლინოთ ტვინის დაზიანებისა და ბარიერის დისრეგულაციის ის მექანიზმები, რომლებიც უბრალოდ მიუწვდომელია ცხოველურ მოდელებში. ჩვენი მიდგომა აერთიანებს ინჟინერიასა და ადამიანის იმუნოლოგიას, რათა დაავადების შესწავლის უფრო ზუსტი მეთოდოლოგია შემოგვთავაზოს.
ბოლოდროინდელმა კვლევებმა აჩვენა, როგორ შეუძლია ციტოკინურ შტორმს ჰემატოენცეფალური ბარიერის დაზიანება. შეგიძლიათ აღწეროთ, რა ხდება ამ ინტენსიური იმუნური რეაქციების დროს და როგორ გვეხმარება თქვენი ჩიპები ტვინის დაზიანების გამომწვევი პროცესების გამოვლენაში?
ციტოკინური შტორმის დროს, პერიფერიიდან მომდინარე მასიური იმუნური სიგნალიზაცია ააქტიურებს ტვინის ენდოთელურ უჯრედებს — უჯრედებს, რომლებიც ჰემატოენცეფალური ბარიერის სისხლძარღვების კედლებს ქმნიან. ეს ჰიპერაქტივაცია ბარიერს გამტარს ხდის და იზიდავს მოცირკულირე იმუნურ უჯრედებს, რომლებიც ტვინში შედიან და აძლიერებენ ანთებას, საბოლოოდ კი ნეირონების დაზიანებას იწვევენ. ჩვენი ჩიპი საშუალებას გვაძლევს ვიზუალურად დავაკვირდეთ და რაოდენობრივად განვსაზღვროთ ეს პროცესები რეალურ დროში, რითაც ვავლენთ ეტაპობრივად, თუ როგორ გადადის სისტემური ანთება ნეიროვასკულურ დაზიანებაში — ეს არის პროცესი, რომლის დეტალური ანალიზიც უკიდურესად რთული იყო ცხოველური მოდელებით.
თქვენი კვლევები ხაზს უსვამს პერიციტებისა და მიკროგლიის მნიშვნელობას ტვინის ჯანმრთელობის შენარჩუნებაში. როგორ მოქმედებენ ეს უჯრედები ბარიერის ფუნქციის შესანარჩუნებლად ან აღსადგენად და რა მიგნებები მოგვცა თქვენს მიერ შემუშავებულმა ინოვაციამ ამ ურთიერთქმედების შესახებ?
პერიციტები სულ უფრო მეტად აღიარებულია, როგორც ჰემატოენცეფალური ბარიერის ძირითადი სტაბილიზატორები, თუმცა მათი ზუსტი წვლილის განსაზღვრა რთული იყო. ისინი თავად არ ქმნიან ბარიერს, მაგრამ უზრუნველყოფენ კრიტიკულ მექანიკურ და ბიოქიმიურ მხარდაჭერას ენდოთელური შრისთვის. ჩიპების გამოყენებით, ჩვენ მიზანმიმართულად დავაზიანეთ სუბსტრატები და ვაჩვენეთ, რომ: (1) ბარიერები გამტარი გახდა პერიციტების გარეშე, და (2) პერიციტებს შეეძლოთ ბარიერის „ჯანსაღი“ დონის აღდგენა ამ შესუსტებული სუბსტრატების გამაგრებით. ამან მოგვცა პირველი პირდაპირი მტკიცებულება იმისა, რომ პერიციტები ახდენენ ფიზიკურ მასტაბილიზებელ გავლენას ბარიერზე. პარალელურად, ჩვენ დავიწყეთ იმის შესწავლა, თუ როგორ რეაგირებს მიკროგლია — ტვინის რეზიდენტული იმუნური უჯრედები — ბარიერის დაშლაზე და როგორ არეგულირებს აღდგენას, რითაც აღვნიშნავთ კოორდინირებულ უჯრედულ დიალოგს, რომელიც იცავს ნეიროვასკულურ ერთეულს.
სამომავლოდ, თქვენ მიზნად ისახავთ ამ ჩიპების გამოყენებას მედიკამენტების ტესტირებისა და პერსონალიზებული მედიცინისთვის. როგორ დაგვეხმარება ტექნოლოგია, შევაფასოთ პაციენტის რისკი მსხვილი ოპერაციისა თუ ქიმიოთერაპიის წინ და შევიმუშაოთ გზები ამ რისკების შესამცირებლად?
ჩვენ ახლა ვაშენებთ ჰემატოენცეფალური ბარიერისა და ნეიროვასკულური ერთეულის იზოგენურ მოდელებს, რომლებშიც უჯრედების ყველა ტიპი ერთი დონორისგან არის მიღებული. ამ გენეტიკურად შესატყვის სისტემებს საბოლოოდ შეუძლიათ მოახდინონ ინდივიდუალური რეაქციების მოდელირება ისეთი მოვლენების მიმართ, როგორიცაა იმუნოთერაპია ან მსხვილი ქირურგიული ჩარევა, რომლებიც ტვინის დაზიანების რისკს ქმნიან.
კლინიკურ კვლევებში, ასეთ ჩიპებს შეუძლიათ წამლის დოზების დაბალანსება, მაღალი რისკის მქონე პაციენტების იდენტიფიცირება, ან თუნდაც იმ ადამიანების გამორიცხვა, რომლებსაც ყველაზე მეტად ემუქრებათ ნეიროტოქსიკურობა. ჩვენ ასევე ვამოწმებთ სპეციფიკურ ციტოკინურ რეაქციებს ჩიპების ინდივიდების სისხლის ნიმუშებით დამუშავებით, რითაც ვქმნით სრულად პერსონალიზებულ ანთება-დაზიანების მოდელს. მრავალდონორიან პანელებთან კომბინაციაში, ეს ჩიპები იქნება მძლავრი ინსტრუმენტი ნეიროპროტექტორული აგენტების აღმოსაჩენად და ოპტიმიზაციისთვის.
და ბოლოს, თქვენი აზრით, რა იქნება ამ ნაშრომის გრძელვადიანი მნიშვნელობა? შეუძლია თუ არა ადამიანის ქსოვილის შემცველ ჩიპებს ნეიროდეგენერაციული დაავადებების შესწავლისა და თერაპიის შემუშავების მიდგომის შეცვლა ისე, როგორც ეს აქამდე შეუძლებელი იყო?
ნეიროდეგენერაცია წარმოიქმნება გენეტიკის, დაბერებისა და გარემო ფაქტორების ურთიერთქმედების შედეგად. მიუხედავად იმისა, რომ ეს ფაქტორები განსაზღვრავს ინდივიდის ტვინის საბაზისო ჯანმრთელობას, სისტემური ანთების ეპიზოდებმა შეიძლება დააჩქაროს დაქვეითება ჰემატოენცეფალური ბარიერის დარღვევისა და მეორადი დაზიანების გამოწვევით.
ტვინის იმ ნაწილების გარჩევით, რომლებიც მდგრადია ანთებითი შეტევების მიმართ, იმ ნაწილებისგან, რომლებიც მოწყვლადია, ჩვენი ნაშრომი მიზნად ისახავს ეფექტური სამიზნეების აღმოჩენას და ისეთი ინტერვენციების წარმართვას, რომლებიც შეინარჩუნებს ამ მდგრადობას. საბოლოო ჯამში, იმედი მაქვს, ეს ტექნოლოგია მეტ ადამიანს დაეხმარება ცხოვრების შემდგომ ეტაპზე კოგნიტური ჯანმრთელობის შენარჩუნებაში — რითაც ტრანსფორმირდება ნეიროდეგენერაციული დაავადებების შესწავლის, პრევენციისა და მკურნალობის გზები.
