Forskare från Hong Kong Baptist University (HKBU) har uppfunnit en nanostruktur som kan stimulera neurala stamceller att differentiera till nervceller. De fann att transplantationen av dessa nervceller till råttor med Parkinsons sjukdom gradvis förbättrade deras symtom, med de nya cellerna som ersätter skadade nervceller runt transplantationsplatsen. Denna nya uppfinning ger lovande insikter i stamcellsterapier och erbjuder hopp om en ny behandling för Parkinsons sjukdom.

Använda stamceller för att behandla Parkinsons sjukdom

Parkinsons sjukdom är en av de vanligaste neurodegenerativa sjukdomarna. Det diagnostiseras vanligtvis hos personer över 60 år. Det uppstår från degenerationen av dopaminerga neuroner (dvs. dopaminproducerande nervceller) i substantia nigra, en komplex och kritisk del av hjärnan. Detta resulterar i försämrad kroppsrörelse och problem med kroppens motoriska system, med vanliga symtom inklusive skakningar och svårigheter att gå.

Medan nuvarande behandlingar inte kan bota Parkinsons sjukdom helt, stamcellsterapi är en av de mest lovande potentiella behandlingarna. Det handlar om att odla stamceller för differentiering till nya och friska celler, vävnader eller organ som sedan kan transplanteras till människokroppen för att ersätta skadade eller döda celler.

Konventionella stamcellsodlingstekniker kräver ett stort antal ytterligare tillväxtfaktorer i ett odlingsmedium. De kemikalier som används kan stimulera tillväxten av cancerceller och öka risken för att utveckla tumörer efter transplantation till människokroppen. Förutom, de hjärnliknande strukturerna som erhålls från denna metod liknar vanligtvis dåligt sina motsvarigheter i hjärnan. Effektiviteten hos de konventionella odlingsteknikerna är låg eftersom processen sträcker sig över mer än en månad, vilket leder till en hög risk för kontaminering.

Minska differentieringstiden och cancerrisken

Den banbrytande nanomatrisen, utvecklad av en forskargrupp ledd av professor Ken Yung Kin-lam, Professor vid institutionen för biologi och Dr. Jeffery Huang Zhifeng, Docent vid institutionen för fysik vid HKBU, kan inducera den snabba och specifika differentieringen av neurala stamceller till substantia nigra-liknande miniatyrstrukturer (mini-SNLS). Dessa mini-SNLS består huvudsakligen av dopaminerga neuroner och de kan ersätta de skadade eller degenererade cellerna i substantia nigra i hjärnan.

Nanomatrisen består av en silikaplatta belagd med ett nanostrukturskikt. Tjockleken på nanomatrisen är endast 550 till 730 nm, ändå finns det biljoner nanozigzag-strukturer på ytan som kan initiera tillväxten av neurala stamceller till mini-SNLS utan användning av kemiska tillväxtfaktorer.

"När de neurala stamcellerna kommer i fysisk kontakt med vår skräddarsydda nanozigzag-matris in vitro, den "fysiska massagen" kan få cellerna att snabbt differentiera sig till de önskade dopaminerga nervcellerna. En självorganiserad minihjärnliknande struktur kan utvecklas på bara två veckor med avsevärt minskad risk för karcinogenes, " sa Dr Huang.

Uppmuntrande resultat i råttmodeller

Forskargruppen genomförde ytterligare laboratorietester med mini-SNLS i en råttmodell. De transplanterade mini-SNLS odlade med nanozigzag-matrisen i hjärnan på råttor med Parkinsons sjukdom som uppvisade allvarlig motorisk asymmetri och rotation, som är de viktigaste symtomen på Parkinsons sjukdom.

Från och med den 8:e veckan efter transplantationen, alla råttor visade förbättringar och en progressiv minskning av rotationen. I den 18:e veckan, dopaminerga neuroner sågs och spreds brett runt det primära transplantationsstället. Dessutom, inga tumörliknande egenskaper upptäcktes. I kontrast, råttor i kontrollgruppen utan transplantation visade inga tecken på förbättring.

Differentiering av andra funktionella celler

"Resultaten visade att dessa minihjärnliknande strukturer uppvisade utmärkt överlevnad och funktionalitet i hjärnan hos råttor och resulterade i en tidig och progressiv förbättring av Parkinsons sjukdom hos råttor in vivo. Det lägger grunden för forskning om stamcellsterapier som kan slutligen bota Parkinsons sjukdom, sa professor Yung.

"Genom att variera styvheten, densitet och arrangemang av nanozigzagarna, eller formen på matrisskiktet, de neurala stamcellerna kan differentieras till olika önskvärda funktionella celler. Uppfinningen har visat stor potential för behandling av andra obotliga sjukdomar, som Alzheimers sjukdom och vissa typer av cancer, ", tillade professor Yung.

Forskningsupptäckten publicerades i den akademiska tidskriften Avancerad vetenskap . Forskargruppen har beviljats ​​ett amerikanskt patent för nanozigzagmatrisen.

Förutom HKBU-forskare, forskargruppen inkluderade också Dr. King Lai Wai-chiu, Docent vid avdelningen för mekanisk och biomedicinsk teknik vid City University of Hong Kong, och ett antal andra forskare.