Onderzoekers van de Hong Kong Baptist University (HKBU) hebben een nanostructuur uitgevonden die neurale stamcellen kan stimuleren om te differentiëren tot zenuwcellen. Ze ontdekten dat de transplantatie van deze zenuwcellen in ratten met de ziekte van Parkinson hun symptomen geleidelijk verbeterde. waarbij de nieuwe cellen beschadigde zenuwcellen vervangen rond de transplantatieplaats. Deze nieuwe uitvinding biedt veelbelovende inzichten in stamceltherapieën en biedt hoop op een nieuwe behandeling voor de ziekte van Parkinson.

Stamcellen gebruiken om de ziekte van Parkinson te behandelen

De ziekte van Parkinson is een van de meest voorkomende neurodegeneratieve ziekten. Het wordt vaak gediagnosticeerd bij mensen ouder dan 60 jaar. Het komt voort uit de degeneratie van dopaminerge neuronen (d.w.z. dopamine-producerende zenuwcellen) in de substantia nigra, een complexe en kritische regio van de hersenen. Dit resulteert in verminderde lichaamsbeweging en problemen met de motorische systemen van het lichaam, met veel voorkomende symptomen zoals beven en moeite met lopen.

Hoewel de huidige behandelingen de ziekte van Parkinson niet volledig kunnen genezen, stamceltherapie is een van de meest veelbelovende potentiële behandelingen. Het gaat om het kweken van stamcellen voor differentiatie tot nieuwe en gezonde cellen, weefsels of organen die vervolgens in het menselijk lichaam kunnen worden getransplanteerd om beschadigde of dode cellen te vervangen.

Conventionele stamcelkweektechnieken vereisen een groot aantal extra groeifactoren in een kweekmedium. De gebruikte chemicaliën kunnen de groei van kankercellen stimuleren en het risico op het ontwikkelen van tumoren na transplantatie naar het menselijk lichaam vergroten. Daarnaast, de hersenachtige structuren die met deze methode worden verkregen, lijken meestal slecht op hun tegenhangers in de hersenen. De efficiëntie van de conventionele kweektechnieken is laag aangezien het proces meer dan een maand duurt, met een hoog risico op besmetting tot gevolg.

De differentiatietijd en het kankerrisico verminderen

De baanbrekende nanomatrix, ontwikkeld door een onderzoeksteam onder leiding van professor Ken Yung Kin-lam, Professor van de afdeling Biologie en Dr. Jeffery Huang Zhifeng, Universitair hoofddocent van de afdeling Natuurkunde aan de HKBU, kan de snelle en specifieke differentiatie van neurale stamcellen tot miniatuur substantia nigra-achtige structuren (mini-SNLS's) induceren. Deze mini-SNLS's bestaan ​​voornamelijk uit dopaminerge neuronen en kunnen de beschadigde of gedegenereerde cellen in de substantia nigra in de hersenen vervangen.

De nanomatrix bestaat uit een silicaplaat die is gecoat met een nanostructuurlaag. De dikte van de nanomatrix is ​​slechts 550 tot 730 nm, toch zijn er biljoenen nanozigzag-structuren op het oppervlak die de groei van neurale stamcellen tot mini-SNLS's kunnen initiëren zonder het gebruik van chemische groeifactoren.

"Als de neurale stamcellen in vitro fysiek in contact komen met onze op maat gemaakte nanozigzag-matrix, de 'fysieke massage' kan ervoor zorgen dat de cellen snel differentiëren tot de gewenste dopaminerge neuronen. Een zelfgeorganiseerde mini-hersenachtige structuur kan in slechts twee weken worden ontwikkeld met een aanzienlijk verminderd risico op carcinogenese, " zei dr. Huang.

Bemoedigende resultaten in rattenmodellen

Het onderzoeksteam voerde verdere laboratoriumtests uit met mini-SNLS's in een rattenmodel. Ze transplanteerden mini-SNLS's gekweekt met de nanozigzag-matrix in de hersenen van ratten met de ziekte van Parkinson die ernstige motorische asymmetrie en rotatie vertoonden, die belangrijke symptomen zijn van de ziekte van Parkinson.

Vanaf de 8e week na de transplantatie, alle ratten vertoonden verbeteringen en een geleidelijke vermindering van de rotatie. In de 18e week, dopaminerge neuronen werden gezien en wijd verspreid over de primaire transplantatieplaats. In aanvulling, er werden geen tumorachtige kenmerken gedetecteerd. In tegenstelling tot, ratten in de controlegroep zonder transplantatie vertoonden geen tekenen van verbetering.

Differentiatie van andere functionele cellen

"De resultaten toonden aan dat deze mini-hersenachtige structuren een uitstekende overleving en functionaliteit vertoonden in de hersenen van ratten en resulteerden in de vroege en progressieve verbetering van de ziekte van Parkinson bij ratten in vivo. Het legt de basis voor onderzoek naar stamceltherapieën die mogelijk uiteindelijk de ziekte van Parkinson genezen, zei professor Yung.

"Door de stijfheid te variëren, dichtheid en rangschikking van de nanozigzags, of de vorm van de matrixlaag, de neurale stamcellen kunnen worden gedifferentieerd in verschillende gewenste functionele cellen. De uitvinding heeft een groot potentieel getoond voor de behandeling van andere ongeneeslijke ziekten, zoals de ziekte van Alzheimer en bepaalde vormen van kanker, ’ voegde professor Yung eraan toe.

De onderzoeksontdekking is gepubliceerd in het wetenschappelijke tijdschrift Geavanceerde wetenschap . Het onderzoeksteam heeft een Amerikaans patent gekregen voor de nanozigzag-matrix.

Afgezien van HKBU-wetenschappers, het onderzoeksteam omvatte ook Dr. King Lai Wai-chiu, Universitair hoofddocent van de afdeling Mechanische en Biomedische Technologie aan de City University of Hong Kong, en een aantal andere onderzoekers.