Naučnici sa EPFL-a su postigli značajnu prekretnicu u istraživanju u oblasti povreda kičmene moždine – mapirajući ćelijsku i molekularnu dinamiku paralize sa neviđenim detaljima sa svojim projektom otvorenog koda pod nazivom „Tabulae Paralitica“.
Gregoar Courtine i njegov tim integrisali su najsavremenije tehnologije ćelijskog i molekularnog mapiranja sa veštačkom inteligencijom kako bi nacrtali složene molekularne procese koji se odvijaju u svakoj ćeliji nakon povreda kičmene moždine (SCI). Objavljeno u časopisu Nature, ovaj temeljni rad ne samo da identifikuje specifičan skup neurona i gena koji igraju ključnu ulogu za oporavak, već i predlaže uspešnu gensku terapiju izvedenu iz njegovih otkrića.
Razumevanje zašto je skoro nemoguće izlečiti povrede kičmene moždine baca svetlo na značaj ovog otkrića. Ljudska kičmena moždina je jedan od najsloženijih bioloških sistema poznatih nauci – to je mehanički, hemijski i električni raspored različitih tipova ćelija koje rade u harmoniji da bi proizvele i regulisale mnoštvo neuroloških funkcija, uključujući prirodan, elegantan hod. . Ova ćelijska složenost pojačava izazove efikasnog lečenja paralize uzrokovane povredom kičmene moždine.
Do sada su tradicionalne metode snimanja i mapiranja nudile generalizovan pogled na ćelijske mehanizme SCI. Ali ovaj nedostatak specifičnosti zamagljuje različite uloge i reakcije pojedinačnih tipova ćelija i ometa razvoj ciljanih tretmana, pošto terapije nisu mogle biti fino podešene da se bave specifičnom ćelijskom dinamikom.
„U ovoj studiji smo imali za cilj ništa manje nego revoluciju u biološkom razumevanju povrede kičmene moždine“, kaže Courtine. „Pružajući izuzetno detaljan pogled na ćelijsku i molekularnu dinamiku povrede kičmene moždine kod miševa u prostoru i vremenu, četiri ćelijska atlasa koji čine Tabulae Paralitica zatvaraju istorijski jaz u znanju, utirući put ciljanim tretmanima i poboljšanom oporavku.
Prvi tretman koji dolazi iz ovog novog razumevanja zamršene ćelijske dinamike paralize je ciljana genska terapija. Razvijena u saradnji sa kolegom EPFL Neuro Ks profesorom Bernardom Šnajderom, terapija koristi ključno otkriće: Istraživači su otkrili da specifičan tip ćelije za podršku koja se zove astrocit gubi sposobnost da reaguje na povrede kod starijih životinja.
„Veći deo poslednjih sto godina verovalo se da su astrociti štetni za nervnu popravku. Naši podaci dodatno podržavaju poništavanje ovog pojma i sugerišu suštinsku zaštitnu ulogu ovih ćelija koje se mogu iskoristiti za popravku povreda kičmene moždine“, kaže Mark iz EPFL-a. Anderson, viši autor studije.
Drugi ključni rezultat studije je identifikacija specifične podskupine neurona, poznatih kao Vsk2 neuroni, koji su inherentno opremljeni da promovišu oporavak.
„Naše prethodne studije su pokazale u njihovom pravcu, ali sa ovim novim, fino podešenim razumevanjem, sada možemo sa sigurnošću reći da su Vsk2 neuroni u velikoj meri odgovorni za reorganizaciju neuronskih kola, što znači da su oni daleko najinteresantnija populacija neurona za popravku povrede kičmene moždine“, kaže Džordan Skver, još jedan viši autor studije iz EPFL-a.
Da bi stvorili prvu sveobuhvatnu ćelijsku mapu povreda kičmene moždine na modelima glodara, istraživači su koristili dve inovativne tehnologije. Prvo, sekvenciranje jedne ćelije, ispituje genetski sastav svake ćelije. Iako se koristi više od jedne decenije, nedavni napredak omogućio je naučnicima da povećaju proces kao nikada ranije, generišući detaljne izveštaje o milionima ćelija kičmene moždine.
Drugo, prostorna transkriptomika – najsavremenija tehnologija koja nam pokazuje gde se ove ćelijske aktivnosti dešavaju – proširila je mapu preko cele kičmene moždine, čuvajući prostorni kontekst i odnose između različitih tipova ćelija.
Novi podaci su toliko ogromni da su nove tehnike mašinskog učenja morale biti razvijene posebno da bi se iskoristila njihova zamršenost. Ovaj računarski pristup koristi veštačku inteligenciju da ne samo da zacrta neposredne genetske odgovore pojedinačnih ćelija, već i da te odgovore postavi unutar fizičkog i vremenskog pejzaža kičmene moždine.
„Sada imamo detaljnu mapu koja ne samo da nam pokazuje koje ćelije su uključene, već i kako one međusobno deluju i menjaju se tokom procesa povrede i oporavka“, objašnjava Skuair. „Ovo sveobuhvatno razumevanje je ključno za razvoj tretmana koji su precizno prilagođeni specifičnim ćelijama i jedinstvenim zahtevima za popravku različitih povreda, otvarajući put efikasnijim i personalizovanim terapijama.“
Tabulae Paralitica je značajna prekretnica u istraživanju SCI. Kombinuje naučni uvid sa tehnološkim inovacijama kako bi otvorio nove horizonte u razumevanju i tretmanu SCI. Iako je ova studija sprovedena korišćenjem modela glodara, očekuje se da će se stečeni uvidi prevesti u kliničke primene, gde Courtine i njegov tim ostvaruju značajan napredak više od jedne decenije.
