Zebrafish: Μελέτες υπόσχονται νέες θεραπείες για την οστεοαρθρίτιδα

Zebrafish: Ένα από τα πιο αξιοσημείωτα χαρακτηριστικά του zebrafish είναι ότι τα έμβρυά του είναι διαφανή και αναπτύσσονται έξω από τη μητέρα.

Κόψτε ένα δάχτυλο και η πληγή ξεφλουδίζει και επουλώνεται από μόνη της. Σπάστε ένα πόδι και νέο κόκκαλο γεμίζει το κενό. Γιατί λοιπόν οι αρθρώσεις εξασθενούν από την οστεοαρθρίτιδα τόσο άσχημα και δεν επανορθώνονται; Ένα μικροσκοπικό, ριγέ, ψάρι του γλυκού νερού, ιθαγενές της Νότιας Ασίας -το zebrafish– μπορεί να κρίνει την απάντηση.

«Το Zebrafish είναι εκπληκτικό», λέει η Joanna Smeeton, PhD, το H.K. Corning Επίκουρη Καθηγήτρια Έρευνας Αποκατάστασης και Αναγεννητικής Ιατρικής στο Πανεπιστήμιο Columbia Vagelos College of Physicians and Surgeons, η οποία έχει χτίσει την ερευνητική της καριέρα γύρω από αυτόν τον πρότυπο οργανισμό αναζητώντας θεραπείες για την οστεοαρθρίτιδα, μια κύρια αιτία αναπηρίας στις Ηνωμένες Πολιτείες.

“Αυτά τα ψάρια φαίνεται να μπορούν να αναγεννήσουν τα πάντα: πτερύγια, καρδιακά κύτταρα, νωτιαίο ιστό, χόνδρο, συνδέσμους. Έχουν αυτή την αναγεννητική ικανότητα ευρέος φάσματος.” Η απίστευτη ικανότητα ανανέωσης του zebrafish φαίνεται να βρίσκεται στα βλαστοκύτταρά του.

«Εάν μπορούμε να καταλάβουμε πώς αυτά τα κύτταρα συμβάλλουν στην επισκευή των αρθρώσεων, μπορεί να μπορέσουμε να αφυπνίσουμε παρόμοια κύτταρα στους ανθρώπους για να βελτιώσουμε την αποκατάσταση των αρθρώσεων που έχουν υποστεί βλάβη από τραυματισμούς ή εκφυλιστικές ασθένειες», λέει.

Ναι, τα ψάρια ζέβρα παθαίνουν αρθρίτιδα

Ένα από τα πιο αξιοσημείωτα χαρακτηριστικά του zebrafish είναι ότι τα έμβρυά του είναι διαφανή και αναπτύσσονται έξω από τη μητέρα, παρέχοντας κυριολεκτικά ένα παράθυρο σε διάφορες αναπτυξιακές διαδικασίες. Τα γονίδιά τους είναι παρόμοια με αυτά των ανθρώπων και είναι εξαιρετικά τροποποιήσιμα. Επιπλέον, αυτά τα μικρά ψαράκια – περίπου στο μέγεθος μιας μπαταρίας ΑΑΑ – ανασηκώνονται εύκολα και αναπαράγονται γρήγορα.

Αλλά μέχρι τη μεταδιδακτορική εργασία του Smeeton, οι ερευνητές της οστεοαρθρίτιδας έπρεπε να ψάξουν αλλού για ένα πειραματικό μοντέλο. Θεωρήθηκε ότι οι αρθρώσεις του Zebrafish δεν είχαν λουμπρικίνη, ένα λιπαντικό που προστατεύει τις αρθρώσεις των πλασμάτων που κατοικούν στην ξηρά από τις δυνάμεις της βαρύτητας και τη γενική φθορά. Στο αβαρές υδάτινο περιβάλλον τους, τα ψάρια φαινομενικά θα είχαν μικρή ανάγκη για τέτοια λίπανση, καθιστώντας τα ένα φτωχό μοντέλο για την ασθένεια των ανθρώπινων αρθρώσεων.

Σκάβοντας βαθύτερα, βρήκαν ελάχιστα στοιχεία στην επιστημονική βιβλιογραφία ότι οι αρθρώσεις του zebrafish δεν λιπαίνονται. Στη συνέχεια, χρησιμοποιώντας προηγμένες απεικονίσεις και γενετικές αναλύσεις, η Smeeton και οι συνεργάτες της απέδειξαν ότι το ψάρι ζέβρα παράγει μια μορφή λουμπρικίνης, ειδικά στη γνάθο και στα θωρακικά πτερύγια. Η διαγραφή του γονιδίου της λουμπρικίνης είχε ως αποτέλεσμα τον ίδιο εκφυλισμό των αρθρώσεων που σχετίζεται με την ηλικία που παρατηρείται στους ανθρώπους.

Τα ευρήματα, που αναφέρονται στο eLife, απώθησαν την εξελικτική προέλευση των λιπασμένων αρθρώσεων για εκατομμύρια χρόνια. Το πιο σημαντικό, έδωσαν στους ερευνητές ένα νέο μοντέλο για τη μελέτη των κυττάρων και των μορίων που οδηγούν την οστεοαρθρίτιδα και τα κύτταρα και τα μόρια που μπορούν να αντιστρέψουν τις επιπτώσεις της.

Αναγνώριση θεραπευτικών κυττάρων

«Αυτή η ανακάλυψη με οδήγησε στην έρευνα για την αρθρίτιδα», λέει ο Smeeton. Τη βοήθησε επίσης να κερδίσει ένα διάσημο βραβείο “Pathway to Independence” K99/R00 και, το 2022, ένα βραβείο “New Innovator” από το πρόγραμμα “High-Risk, High-Reward” του NIH, το οποίο υποστηρίζει εξαιρετικά δημιουργικούς ερευνητές πρώιμης σταδιοδρομίας που προτείνουν καινοτόμα έργα με μεγάλο αντίκτυπο.

Το διακύβευμα είναι τεράστιο. Περίπου 32,5 εκατομμύρια Αμερικανοί έχουν διαγνωστεί με οστεοαρθρίτιδα, σύμφωνα με τα Κέντρα Ελέγχου και Πρόληψης Νοσημάτων. Οι υπάρχουσες θεραπείες μπορούν να μειώσουν τα συμπτώματα, αλλά δεν κάνουν τίποτα για να αντιμετωπίσουν τις βασικές αιτίες της πάθησης.

Στην Columbia από το 2020, ο Smeeton μελετά πώς τα βλαστοκύτταρα συμβάλλουν στην αναγέννηση του χόνδρου και των συνδέσμων στη γνάθο του zebrafish. “Θέτουμε ερωτήσεις όπως: Ποιοι τύποι κυττάρων εμπλέκονται στην επιδιόρθωση των ιστών; Από πού προέρχονται; Πώς συνεργάζονται;” Το εργαστήριό της ανέφερε πρόσφατα στο npj Regenerative Medicine ότι ο τραυματισμός προκαλεί τα ώριμα συνδετικά κύτταρα να αποδιαφοροποιούνται και να συμβάλλουν στη δεξαμενή βλαστοκυττάρων για την αναδόμηση των συνδέσμων.

Γενετικός άτλας πρώιμης ανάπτυξης Zebrafish

Αποκατάσταση της καρδιάς μέσω νευροάνοσης διασταύρωσης

Οι ομοιότητες του Zebrafish με τους ανθρώπους τα καθιστούν χρήσιμα μοντέλα για τη μελέτη δερματικών παθήσεων όπως η λεύκη και το μελάνωμα

Τι είναι η καρδιακή αποκατάσταση;