Biotech
Pagtatapos na Pag-aaral Nagbubukas ng Bagong Kaalaman sa Advanced Healing Factors
Isang bagong pag-aaral ang natuklas na nagpapabilis ng paggaling ng sugat, na nakakaapekto sa halos $250 bilyon sa mga gastos sa kalusugan sa buong mundo.
Ang paggaling ng sugat ay isang malaking klinikal na problema, na may epekto sa higit sa 8 milyong tao sa US noong 2014 lamang. Ang pagtaas ng mga matatanda at obese na populasyon sa bansa ay naging dahilan para lumaki ang sukat ng merkado ng mga produkto para sa pagpapagaling ng sugat sa $21.4 bilyon noong 2022. Inaasahan na lalong tataas ito ng higit sa 4% sa pagtatapos ng dekada.
May dahilan para sa mga nakakabahalang mga numero na ito. Ang balat ay ang pinakalabas na bahagi ng ating katawan at binubuo ng tatlong mga layer: epidermis, dermis, at hypo-dermis. Ito ay nagtatrabaho bilang ang unang hadlang ng katawan laban sa mga kemikal, pathogens, mechanical injury, at UV light.
Dahil ito ay ang pinakamadaling masaktan, ito ay nagiging sanhi ng sugat. Ang mga ganitong mga pinsala ay karaniwan at maaaring maging maliit o malubha. Karaniwan itong naikukategorya bilang acute o chronic.
Kapag may sugat, ang ating katawan ay nagsisimulang magpagaling sa pamamagitan ng isang kumplikadong interaksiyon ng mga pangselular, kemikal, at pisikal na mga kaganapan. Ito ay natutupad sa pamamagitan ng dalawang mga mekanismo: tissue regeneration, na kung saan kasangkot ang pagsali ng nasirang tissue sa pamamagitan ng pagkuha ng mga identikal na mga cell, at tissue repair, na nagpapagaling ng mga nasirang tissue, ngunit nawawala ang kanilang orihinal na estruktura at espesyal na gawain pagkatapos nito.
Ang sopistikadong proseso ng normal na paggaling ng isang acute na sugat ay pangunahing kinabibilangan ng apat na mga yugto: hemostasis, inflammation, proliferation, at remodeling. Ang mga sugat na hindi nakakapagdaan sa mga normal na hakbang na ito ay may tendensiyang manatili sa isang dysregulated inflammatory state.
Sa yugto uno, ang isang pinsala ay sumasaktan sa mga blood vessel, at ang katawan ay nag-aactivate ng mga platelet at naglalabas ng mga growth factor upang ihinto ang daloy ng dugo. Sa yugto dalawa, isang espesyal na uri ng puting blood cell na tinatawag na neutrophils ay nagsisimulang magbreak down ng patay na tissue at alisin ito. Sa huling bahagi ng yugtong ito, isang iba pang uri ng puting blood cell, monocytes, ay lumilitaw at nagiging mature sa mga malalaking cell na tinatawag na macrophages, na kumakain ng nasirang tissue at naglalabas ng mga cytokine, chemokine, at growth factor.
Sa yugto tatlo, ang mga macrophage ay nagpapalabas ng iba’t ibang mga substance, na nagiging dahilan ng katawan upang mag-produce ng bagong tissue, na pumupuno sa sugat at nagpapagaling ng sugat. Sa yugto apat, ang huling yugto, ang katawan ay nagpapalabas at nagbabawas ng collagen para sa remodeling ng bagong tissue.
Maraming mga kadahilanan ang nakakaapekto sa proseso ng paggaling ng sugat, kabilang ang mga gamot, infection, at comorbidities, pati na rin ang mga kaugalian sa pamumuhay, nutritional status, at pre-existing integrity ng balat.
Ang mga kadahilanan na ito ay kinabibilangan ng paninigarilyo, na nakakaapekto sa daloy ng dugo; alak, na nakakabawas sa immune function; radiation, na nagpapabagal sa paggaling ng sugat; necrosis, na nagiging sanhi ng kamatayan ng tissue; diabetes, na nagiging dahilan ng mga komplikasyon tulad ng peripheral neuropathy at ischemia; obesity, na may kaugnayan sa inadequate tissue oxygenation at pataas na panganib ng ischemia; steroid, na nakakabawas sa produksyon ng collagen at fibroblast proliferation; at non-steroidal anti-inflammatory drugs (NSAIDs), na nagpapahinto sa angiogenesis.
Leveraging the Immune System
Ang mga pinsala sa balat ay sumasailalim sa araw-araw na buhay ng milyun-milyong tao, na nagiging sanhi ng infection at mahabang pananatili sa ospital at pati na rin kamatayan sa maraming kaso. Ang malaking halaga ng mga rekurso ay ginagasta upang maghanap ng mga epektibong estratehiya para sa pagpapagaling ng sugat.
Kapag nag-uusap tungkol sa pagpapagaling ng sugat, may pagtutok sa paghahanap ng mga bagong terapeutikong mga approach at teknolohikal na mga pag-unlad para sa acute at chronic na pagpapagaling ng sugat. Ngunit ito ay nangangailangan ng pag-unawa sa agham ng paggaling ng sugat at kung paano ang mga tissue ay nagpapagaling at nagreregenerate pagkatapos ng isang pinsala.
Bagaman maraming mga pag-unlad ang naitala sa pag-unawa sa kumplikadong proseso ng paggaling ng sugat, may mga karagdagang mga hakbang na kailangang matuklasan. Ito ang eksaktong nagawa ng bagong pag-aaral. Ang isang pangkat ng mga mananaliksik ay gumawa ng isang pangunahing pagtatapos sa paggaling ng sugat sa pamamagitan ng pagtuklas ng isang kritikal na bahagi ng proseso ng paggaling ng sugat na naapektuhan sa mga kondisyon tulad ng advanced aging at diabetes.
Ang mga matagumpay na regenerative medicine treatments ay kinakailangan gamitin ang mga kadahilanan na may mahalagang papel sa pagpapagaling ng tissue. Kapag nag-uusap tungkol sa pagpapagaling ng mga tissue, ang ating immune system ay may mahalagang papel dito.
Kaya, ang pag-adjust sa immune system upang ipromote ang paggaling ng sugat ay napatunayan na maging epektibo. Para sa tamang paggaling, ang mga immune component ay nagtatrabaho sama-sama upang lumikha ng isang kumplikadong serye ng mga kaganapan. Kaya, ang mga regenerative na estratehiya na kontrol sa mga immune component ay napatunayan na maging epektibo sa pagpapagaling ng sugat, lalo na sa mga kaso kung saan ang immune dysregulation ay sanhi ng mga sakit tulad ng diabetes o pagtanda ay sumira sa pagpapagaling ng tissue pagkatapos ng isang pinsala.
Ang mga kondisyong ito ay may negatibong epekto sa pagpapagaling ng tissue, na karaniwang nagiging sanhi ng persistent na inflammation sa lugar ng sugat. Ang mga pasyenteng diabetic ay may 25% na panganib ng buhay na magkaroon ng isang foot ulcer (DFU), 14% sa kanila ay umaabot sa amputasyon.
“Ang mga pagkakataon ng pagkakaroon ng karaniwang diabetes-related wound ay tumaas kaakibat ng pagtaas ng buhay at medikal na kompleksidad ng mga taong may diabetes.”
– ARMI’s Dr Yen-Zhen Lu, ang co-lead author ng pinakabagong pag-aaral
Ang isang pangunahing kadahilanan na may mahalagang papel sa pagpapagaling at regenerasyon ng tissue ay ang nervous system. Ang mga pag-aaral ay nagpapakita na ang mga peripheral nerve ay mahalaga sa ilang mga species ng hayop na nakakagawa ng regenerasyon ng tissue. Ang mga pag-aaral ay gumamit ng nerve depletion sa mga daga, na nagpapakita na ang mga nociceptive neurons ay nagpapataas sa paggaling ng balat at non-peptidergic C-fibers ay nagpapataas sa regenerasyon ng adipose tissue (connective tissue na umaabot sa buong katawan) pagkatapos ng UV-induced damage.
Ngayon, ang mga nociceptive sensory neurons o nociceptors ay mga espesyal na primaryong mga pangselular na nerve na nakakadetect at tumutugon sa mga nakakapinsalang stimuli mula sa temperatura, inflammation, at kemikal hanggang sa intense pressure.
Ang mga sensory neurons na may mga nerve endings sa mga tissue ay may mahalagang papel bilang immunoregulators, na may kapangyarihan na magbawas o magpataas ng inflammation.
Dahil sa kakayahan ng mga nociceptors na magbago sa immune system at ang immune system ay may kritikal na papel sa pagpapagaling at regenerasyon ng tissue, ang pag-aaral ay tumingin sa kahalagahan ng mga peptidergic sensory neurons sa pagpapagaling ng tissue pagkatapos ng isang acute na pinsala. Ang mga mananaliksik ay lalong iminungkag ang paggamit ng neuro-immune interactions upang mapabuti ang pagpapagaling ng tissue.
Ang pangkat ay partikular na gumamit ng muscle at balat bilang mga modelo ng tissue na may mga nociceptors, kung saan ang immune system ay tumutulong sa pagpapagaling at regenerasyon.
Utilizing Sensory Neurons for Tissue Healing
Bagaman walang malinaw na pag-unawa kung paano ang neuroimmune interactions ay nakakaapekto sa pagpapagaling ng tissue pagkatapos ng isang biglaang sugat, ang pinakabagong pag-aaral na nailathala sa Nature ay nagpapakita na ang pag-alis o pagkawasak ng NaV1.8 nociceptor ay may mahalagang papel dito.
Nav1.8, o voltage-gated sodium channel, ay matatagpuan sa dorsal root ganglion (DRG), isang cluster ng mga neuron sa dorsal root ng isang spinal nerve sa mga maliliit na sensory neurons na tinatawag na C-fibers. Ang mga C-fibers na ito ay maaaring maactivate ng mechanical stimuli at kaya ay maaaring magdala ng mga mensahe ng kirot. Kaya, ang lokasyon ng Nav1.8 ay maaaring gawing isang kritikal na target para sa pagbuo ng mga bagong gamot para sa paggamot ng chronic pain.
Ang pag-aaral ay nagpapakita na, sa paggaling ng proseso, ang mga nociceptor endings ay lumalaki sa mga nasirang tissue at nakakausap sa mga immune cell sa pamamagitan ng neuropeptide CGRP.
“Kapansin-pansin, ang neuropeptide na ito ay kumakilos sa mga immune cell upang kontrolin ang mga ito, na nagpapadali sa pagpapagaling ng tissue pagkatapos ng isang pinsala.”
– Lead researcher Mikaël Martino
CGRP, o calcitonin gene-related peptide, ay inilalabas mula sa mga sensory nerve at may mga protektibong mekanismo na mahalaga para sa pagpapagaling ng sugat. Ito ay kumakilos sa pamamagitan ng receptor activity-modifying protein 1 (RAMP1) sa mga neutrophils, monocytes, at macrophages upang mapadali ang pagpapagaling ng tissue.
Ang mga epekto ng CGRP sa mga neutrophils (puting blood cells na tumutulong sa paglaban sa infection) at macrophages (puting blood cells na pumapatay sa mga microorganismo, inaalis ang mga patay na cell, at nagpapataas sa mga gawaing iba pang mga cell ng immune system) ay ginagawa sa pamamagitan ng paglabas ng thrombospondin-1.
Kapansin-pansin, ang mga sensory neurons ay mahalaga para sa pagpapakalat ng CGRP. Ito ay ipinakita sa pamamagitan ng pag-alis ng mga sensory neurons sa mga daga, na nagbawas ng CGRP at nagpabawas ng pagpapagaling ng mga sugat sa balat at regenerasyon ng muscle pagkatapos ng isang pinsala.
Gayunpaman, bilang isang maliit na peptide, ang CGRP ay may mga hamon upang makamit ang mga patuloy na epekto kapag inilagay sa lokal na tissue. Bukod dito, ang mataas na konsentrasyon ng CGRP sa katawan ay hindi inirerekomenda, dahil sa mga posibleng off-target na epekto nito.
Kaya, ang pangkat ay dinisenyo ang CGPR at pinag-isang ito sa isang ECM-binding sequence upang mapabuti ang pagpapanatili at proteksyon nito nang walang pagsira sa aktibidad nito. Ang mga variant ng CGRP ay huling inilagay sa balat at sa pamamagitan ng isang fibrin hydrogel para sa muscle.
Sa paghahatid ng 1 μg, ang mga variant ng CGRP ay nagpapabuti sa lawak ng pagpapagaling ng sugat at regenerasyon ng muscle. Ang isang mas mababang dose, 250 ng ng engineered CGRP, ay nagbigay ng mas mahusay na mga resulta, habang ang isang mataas na dose, 10 μg, ay nag-ambag sa peripheral nociceptive sensitization.
Sa pagtatapos, ang pag-aaral ay nagpapakita na sa mga daga na walang mga nociceptors at sa mga daga na may mga peripheral neuropathies na katulad ng mga nakikita sa mga pasyenteng diabetic, ang pag-iniksiyon ng eCGRP (ang dinisenyong uri) ay nagpapabilis sa pagpapagaling ng sugat at nagpapataas sa regenerasyon ng muscle. Ang pag-aaral ay nagbanggit din na ang aplikasyon ng CGRP ay maaaring magpataas sa pagpapagaling ng corneal.
Ito ay nagpapakita na sa pamamagitan ng paggamit ng neuro-immune interactions, maaari nating mapangasiwaan ang mga tissue na hindi nagpapagaling dahil sa dysregulated neuroimmune interactions na sumisira sa pagpapagaling ng tissue pagkatapos ng isang pinsala.
Opening New Avenues for Effective Therapies
Kapag nakita natin, ang pinakabagong pag-aaral ay gumawa ng isang malaking pagtatapos, “ang intricate interplay between nociceptors, immune cells, and tissue healing processes,” na may malaking implikasyon para sa pag-unlad ng ating pag-unawa sa proseso ng pagpapagaling ng tissue pagkatapos ng isang acute na pinsala.
Ang pagtatapos na ito, ayon sa Associate Professor Martino, ay may potensyal na magbago ng buong mukha ng regenerative medicine sa pamamagitan ng pagtutulog sa “kritikal na papel ng mga sensory neurons sa pag-orchestra ng pagpapagaling at regenerasyon ng mga tissue, na nag-aalok ng mga mahahalagang implikasyon para sa pagpapabuti ng mga resulta ng pasyente.”
Bukod dito, ang mga paghahanap na ito ay maaaring magamit sa paggamot ng mga poorly healing tissues at chronic wounds. Ayon kay Martino, na isang group leader sa Australian Regenerative Medicine Institute (ARMI) ng Monash University at EMBL Australia:
“Sa pamamagitan ng paggamit ng neuro-immune interactions, ang pangkat ay naglalayong magbuo ng mga inobasyon na mga terapiya na tumutugon sa isa sa mga ugat ng sanhi ng impaired tissue healing, na nag-aalok ng pag-asa sa milyun-milyong tao.”
Idinagdag niya na ang paggamit ng potensyal ng “neuro-immuno-regenerative” ay maaaring magbunga ng mga epektibong terapiya bilang mga standalone na mga paggamot o sa kombinasyon sa mga umiiral na mga approach.
Ang paghahanap sa mga pangunahing mekanismo sa mga kumplikadong mga aspeto ng proseso ng pagpapagaling ay fundamental sa pag-aaral ng sugat at paghahanap ng mas mahusay at epektibong mga solusyon upang gamutin ang mga sugat.
Maraming mga klinikal na pag-aaral ang kasalukuyang isinasagawa, na nakatutok sa mga bagong gamot at advanced therapies. Partikular, daan-daang mga inobasyon na mga wound dressings na may mga bagong at iba’t ibang mga mekanismo ng pagkilos ay nasa preclinical at clinical development para sa paggamot ng acute at chronic wounds.
Sa mga acute wounds, ginagawa ang mga pag-unlad sa mga wound dressings na nagpapahinto sa pagdurugo, sumasalo ng mga likido na lumalabas, at nagpapagaling ng mga sugat upang mapabilis ang pagpapagaling. Halimbawa, ang mga materyales tulad ng alginate, poly(N-isopropylacrylamide), at hydrogels ay tinatrabaho upang lumikha ng isang malakas na adhesive na wound dressing na nagpapataas sa pagpapagaling ng sugat.
Sa mga chronic wounds na hindi nagpapagaling sa mga karaniwang yugto ng pagpapagaling, ang mga bagong mga bandage ay nagtutok sa inflammatory phase, kung saan sila ay may tendensiyang manatili sa loob ng maraming oras. Bukod dito, ang mga bandage na ito ay nagpapagaling ng balat at nagbibigay ng proteksyon laban sa infection. Sa mga diabetic wounds, ang mga pag-aaral ay naglalayong magpataas sa pagpapagaling ng sugat sa pamamagitan ng pag-induce ng acute inflammation sa pamamagitan ng paglabas ng neuropeptide substance P at paghahatid ng isang mast cell stabilizer. Sa mga diabetic na daga, ang pag-alis ng mga tissue-damaging proinflammatory factors ay nagpapakita ng pagpapabuti sa tissue regeneration at pagpapagaling.
Isang iba pang lugar ng pagtutok ay ang mga skin wound substitutes para sa mga malubhang sugat sa balat, kung saan ang 3D bioprinting ay nakatanggap ng malaking atensyon. Bukod dito, ang mga klinikal na pag-aaral ay isinasagawa sa advanced anti-scarring at pagpapagaling, kabilang ang mga may kaugnayan sa stem cells, exosomes, at peptides.
Sa kabila ng lahat ng mga pag-unlad na ginagawa, ang paggamot ng mga acute at chronic wounds ay may maraming mga hamon. Upang malutas ang mga ito, kailangan natin ng mas malalim na pag-unawa sa mga proseso na nagpapatakbo ng pinsala at pagpapagaling ng sugat sa iba’t ibang mga kaso.
Conclusion
Habang ang mga tao ay hindi nakapagpagaling ng mga sugat nang walang mga galos, maraming mga hayop ang nakakagawa ng regenerasyon ng sugat nang walang mga galos. Ang mga cetaceans, tight-skinned mammals, ay nagpapakita ng isang ekstraordinaryong kakayahan na magpagaling ng mga malalim na sugat sa soft tissue, bagaman ang mga mahahalagang impormasyon tungkol sa kanilang pagpapagaling ng sugat ay kulang pa rin. Ngunit ang mga salamanders ay may impressive regenerative abilities. Hindi lamang sila nakakagawa ng pagpapagaling ng mga sugat nang walang mga galos, ngunit ang mga salamanders ay maaari ring magregrow ng mga nawawalang mga bisig.
Notably, ang mga hayop na nakakagawa ng regenerasyon nang walang mga galos ay may mga buto na “very small” at “almost gelatinous” tissues.
Hindi naman ibig sabihin na ang mga tao ay walang mga ganitong mga kakayahan; ang kahanga-hangang kakayahan ng mga human fetuses na magpagaling ng mga sugat sa balat nang walang mga galos sa loob ng womb ay tinutuklas ng mga siyentipiko, isang kakayahan na may tendensiyang mawala pagkatapos ng kapanganakan. Ngunit ngayon, tulad ng pinag-usapan natin sa itaas, ang pagtuklas ng molecule ay nagpapabilis sa proseso ng pagpapagaling ng sugat nang mahigit 2.5 beses na mas mabilis at 1.6 beses na mas maraming regenerasyon ng muscle sa mga modelo ng hayop.
Sa kabuuan, ang mga inobasyon, mga pag-unlad, at mga teknolohikal na mga pag-unlad ay nagpapahintulot na ang mga pasyente ay makatanggap ng pinakamahusay na paggamot, na nagtuturo sa isang malinaw na kinabukasan para sa pagpapagaling ng sugat at advanced healing para sa mga tao.
Pindutin ito para sa nangungunang sampung mga stock ng biotech sa larangan ng medisina.
