Ryggmärgsskada (SCI): Utnyttja bioaktiva ställningar för att återställa funktionen

Självmonterade nanostrukturer bildade med hjälp av supramolekylära polymerer innehållande peptidamfifiler (PA) innehållande bioaktiva sekvenser har visat fantastiska resultat i musmodell av SCI och har ett enormt löfte, hos människor, för en effektiv behandling av detta försvagande tillstånd som allvarligt påverkar livskvaliteten och psykisk hälsa för drabbade människor, såväl som deras familjemedlemmar, och är en allvarlig belastning för hälso- och sjukvårdssystemet. 

A ryggrad skada, ofta orsakad av ett plötsligt slag eller skär i ryggraden, leder till permanent förlust av styrka, känsel och funktion under skadeplatsen. Även om det inte finns något väletablerat botemedel mot sådana skador, har en uppsjö av forskningsartiklar publicerats för att förstå ryggradsskadornas molekylära patologi och komma med förslag för att regenerera den drabbade vävnaden, och därigenom främja funktionell återhämtning och sedan låta människor leda ett mer produktivt och självständigt liv. Framstegen inom vetenskap och teknik för att förstå de molekylära mekanismerna bakom ryggmärgsskadan och suggestiva terapeutiska tillvägagångssätt, förutom rehabilitering och hjälpmedel, kommer att räcka långt för att återhämta människor från sådana akuta skador och hjälpa dem att leda en mer meningsfullt liv. 

I en nyligen publicerad artikel publicerad i Science den 11 november 2021, testade Alvarez och kollegor supramolekylära polymerer som innehåller peptidamfifiler (PAs), i en musmodell av förlamande mänsklig ryggmärgsskada (SCI)^1. Dessa PA innehöll två definitiva signaler, den första aktiverar transmembranreceptorn β1-integrin och en andra aktiverar den grundläggande fibroblasttillväxtfaktor 2-receptorn. Peptidamfifiler (PA) är små molekyler som innehåller hydrofoba komponenter kovalent kopplade till en rad aminosyror (peptider). Peptidsekvensen kan utformas för att bilda β-ark, medan resterna längst bort från svansen laddas för att främja löslighet och kan innehålla en bioaktiv sekvens. Vid upplösning i vatten genomgår dessa PA:er β-arkbildning och hydrofob kollaps av de alifatiska svansarna och inducerar sammansättning av molekylerna till supramolekylära endimensionella nanostrukturer (t.ex. cylindriska eller bandliknande nanofibrer med hög aspektförhållande). Sammansättning induceras vanligtvis genom att variera koncentration, pH och införande av tvåvärda katjoner^2,3. Dessa nanostrukturer är extremt viktiga för biomedicinska funktioner på grund av deras förmåga att visa en hög täthet av biologiska signaler på sin yta för att rikta in sig på eller aktivera vägar. 

Genom att skapa mutationer i peptidsekvensen i den icke-signalerande, icke-bioaktiva domänen, observerades intensiv supramolekylär rörelse i nanofibrerna, vilket förbättrade återhämtningen från SCI. Mutationen med den högsta intensiva dynamiken resulterade inte bara i axonåterväxt och myelinisering, utan ledde också till blodkärlsbildning (revaskularisering) och motorneuronöverlevnad. 

Dessa supramolekylära polymerer som innehåller peptidamfifiler (PA) har därför ett stort löfte när det gäller att hjälpa människor att återhämta sig från SCI, vilket kan ha förödande effekter på patienternas liv, både fysiskt och känslomässigt. Dessutom kan dessa självmonterande nanostrukturer, gjorda av supramolekylära polymerer innehållande peptidamfifiler (PA), utnyttjas för olika biomedicinska tillämpningar som t.ex. drog leverans, benregenerering och minskad blodförlust under inre blödningar. 

*** 

Referensprojekt 

1. Álvarez Z., et al, 2021. Bioaktiva ställningar med förbättrad supramolekylär rörelse främjar återhämtning från ryggmärgsskada. Vetenskap. Publicerad 11 nov 2021. Vol 374, nummer 6569. s. 848-856. DOI: https://doi.org/10.1126/science.abh3602 

2. Hartgerink, JD; Beniash, E.; Stupp, SI Peptid-amfifil nanofibrer: en mångsidig ställning för beredning av självmonterande material. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 2002, 99, 5133– 5138, DOI: https://doi.org/10.1073/pnas.072699999 

3. Pashuck, ET; Cui, H.; Stupp, SI Tuning supramolekylär styvhet av peptidfibrer genom molekylär struktur. J. Am. Chem. Soc. 2010, 132, 6041– 6046, DOI: https://doi.org/10.1021/ja908560n 

***