Ieškote erdvės osteoartritui išgydyti

Osteoartritu serga šimtai milijonų žmonių visame pasaulyje. Alanas Grodzinskis, 71 m., ScD '74, nori nutraukti savo skausmą.





2021 m. spalio 26 d Alanas Grodzinskis 71 m

Osteoartritu serga šimtai milijonų žmonių visame pasaulyje. Alanas Grodzinskis '71, mokslų daktaras '74, nori nutraukti jų skausmą. Webb Chappell

1976 m. Alanas Grodzinskis '71, ScD '74, jautėsi šiek tiek nusivylęs.

Jis dvejus metus dėstė pagrindinį puslaidininkių fizikos ir grandinių kursą MIT Elektros inžinerijos ir informatikos katedroje, mokydamasis medžiagos greitai besikeičiančioje srityje. Tai nepaliko jam laiko tyrimams. Tada atsirado auksinė galimybė.



Padedamas velionio Irvingo Londono, Harvardo-MIT sveikatos mokslų ir technologijų programos įkūrėjo, Grodzinskis laimėjo atostogas Bostono vaikų ligoninėje, vadovaujamas velionio Melo Glimcherio, ortopedinės chirurgijos vadovo ir novatoriško biologijos tyrinėtojo. žmogaus kaulų ir kolageno.

Glimcheris norėjo pradėti kremzlės – tvirtos skaidulų matricos, kuri iškloja sąnarius, ir osteoartrito – lėtinės, skausmingos ligos, kuri ardo tą kremzlę, tyrimo projektą.

Tai puikiai tiko 29 metų Grodzinskiui, kuris įgijo mokslinį laipsnį studijuodamas kolageno, vienos iš kremzlės sudedamųjų dalių, elektrines savybes. Iki metų pabaigos jis ėjo tuo keliu, kuriuo ėjo nuo tada: bandė rasti veiksmingų osteoartrito gydymo būdų, kurie yra pagrindinė lėtinio skausmo ir negalios priežastis visame pasaulyje. Tai paveikia daugiau nei 30 milijonų amerikiečių ir šimtus milijonų visame pasaulyje.



Tai didžiulė finansinė ir negalios našta. Ir nors tai nėra mirtina, ji neabejotinai prisideda prie gyvenimo kokybės praradimo, sako Josephas Buckwalteris, ortopedas chirurgas ir osteoartrito ekspertas iš Ajovos, kuris Grodzinskį pažįsta dešimtmečius. Bendrų sąnarių, daugiausia kelių ir klubų, pakeitimų išlaidos yra viena iš pagrindinių mūsų sveikatos išlaidų.

Jokio skausmo plano

JAV maisto ir vaistų administracija nepatvirtino jokių ligą modifikuojančių vaistų nuo osteoartrito – vaistų, kurie gydo pagrindinę būklę, o ne tik simptomus. Labiausiai kenčiantys žmonės gali tikėtis, anot Grodzinskio, yra skausmą malšinantys vaistai, tokie kaip Motrin, retkarčiais skiriamos steroidų injekcijos ir galiausiai sąnarių keitimo operacija. Kiekvienais metais JAV atliekama daugiau nei milijonas kelio ir klubo sąnario endoprotezavimo operacijų, ir tikimasi, kad skaičius augs senstant.

Nors vyresnio amžiaus žmonės yra labiausiai jautrūs osteoartritui, Grodzinskis daug dėmesio skyrė jaunesniems žmonėms, ypač sportininkėms, kurioms liga dažnai išsivysto po kelio traumų.



Dešimtys tūkstančių jaunų moterų kasmet patiria kelių priekinių kryžminių raiščių traumas. Kai dėstau savo kursą MIT, susijusį su biomechanika, Grodzinsky sako, kad klausiu apie ACL traumas, ir šiandien kyla tiek pat rankų, kiek anksčiau. Neseniai dėsčiau Harvardo medicinos mokyklos kursą ir iš 20 klasės mokinių keturios moterys patyrė ACL ašaras, o vienai buvo atlikta trečioji operacija.

Pasak jo, gydytojai gali sutvarkyti šias ašaras, tačiau tiek vyrams, tiek moterims, patyrusiems sąnarių traumas, vėlesniais metais kyla didelė rizika susirgti osteoartritu. Ir nors kelio sąnario keitimas gali neutralizuoti osteoartrito padarinius, gydytojai nenoriai atlieka tokią operaciją jaunesniems žmonėms, nes greičiausiai ją reikės pakartoti, kai susidėvės pirmasis dirbtinis sąnarys.

Kelio implantas gali trukti metus, sako Buckwalteris, bet aš sapnuočiau košmarus, jei tai daryčiau jaunesniems nei 40 metų žmonėms, nes tikimybė, kad jiems prireiks dar vieno, yra beveik didžiulė.



Nanodalelių Rx

Mokslininkai nustatė esamus vaistus, kurie gali palengvinti osteoartrito atsiradimą, tačiau jiems trukdo tai, kad kremzlės neturi natūralaus kraujo tiekimo, sako Grodzinskis. Kai gydytojai suleidžia steroidų į kelio sąnarį, kad sumažintų uždegimą, organizmas išvalo didžiąją dalį vaistų, kol jie patenka į kremzlę.

Siekdama išspręsti šią problemą, jo laboratorija pradėjo tyrimus, susijusius su nanodalelėmis, žmogaus lavonų keliais ir net misijomis į Tarptautinę kosminę stotį.

kelio tyrimo vaizdas

Praėjus šešioms dienoms po artrito kelio gydymo nanodalelėmis, turinčiomis į insuliną panašų augimo faktorių 1 (mėlyna), dalelės prasiskverbė per kelio sąnario kremzlę.

BRETT GEIGER IR JEFF WYCKOFF

Daugiau nei prieš keturis dešimtmečius pradėjęs šabo, Grodzinskis sužinojo svarbų faktą apie kremzlę. Nors pačios audinių skaidulos suteikia tam tikrą atramą mūsų sąnariams, didžioji jų stiprumo dalis yra dėl elektrostatinių savybių. Pasirodo, maždaug pusė mūsų kremzlės gniuždomojo mechaninio standumo atsiranda dėl elektrostatinės atstumiančios sąveikos tarp neigiamai įkrautų cukraus grandinių, sako jis.

Ši neigiamo krūvio audinių matrica taip pat suteikia galimybę vaistus tiekti tiesiai į audinį: įkeliant juos į teigiamai įkrautas nanodaleles. Grodzinskio komanda sugebėjo žmogaus lavono kelio kremzlėje parodyti, kad tokios dalelės gali neutralizuoti ankstyvą uždegimą ir traumų sukeltą žalą.

Pradinį nanodalelių darbą prieš keletą metų pradėjo buvusi Grodzinskio doktorantė Ambika Bajpayee, MNG '07, PhD '15, dabar Šiaurės Rytų universiteto profesorė. Tada Bajpayee bendradarbiavo su Paula Hammond, MIT chemijos inžinerijos skyriaus vadove, pradėjusia naudoti nanodaleles, tiekiant vaistus vėžiniams navikams.

Grodzinskio laboratorijoje vaistų turinčios nanodalelės švirkščiamos į gyvūnų sąnarius, kaip ir žmonėms, ir patekusios į vidų, jei naudojamos tinkamos koncentracijos, jos gali likti viduje. daugelį savaičių įsitaisęs pluoštinėje matricoje.

Grupė daugiausia dėmesio skyrė dviejų vaistų, kurie jau patvirtinti vartoti žmonėms, pristatymui.

Vienas iš jų yra priešuždegiminis deksametazonas, kuris taip pat buvo sėkmingai naudojamas kai kurių hospitalizuotų COVID-19 pacientų kvėpavimo sutrikimams gydyti. Kitas yra į insuliną panašus augimo faktorius 1 (IGF-1), hormonas, skatinantis kaulinio ir kremzlinio audinio augimą ir buvo naudojamas vaikams, gimusiems mažesniems nei įprastai.

Deksametazonas sumažina kremzlės irimą po traumos, sako Grodzinskis, o IGF-1 gali skatinti audinių atstatymą.

Tyrimai su gyvūnais, naudojant IGF-1, buvo atlikti bendradarbiaujant su Hammondu, o Grodzinskio laboratorija išplėtė šį eksperimentinį gydymą ir žmogaus audiniams, remdamasi mirusių žmonių mėginiais. Iki šiol laboratorija galėjo gauti kelio kaulo, kremzlės ir sinovijos sąnario kapsulės gabalėlių iš 45 donorų, teigia laboratorijos doktorantas Garima Dwivedi.

Dwivedi ir jos kolegos mėginius sudėjo į plastikinėse plokštelėse įmontuotus šulinius ir palaiko juos metaboliškai aktyvius. Tada jie taiko mechaninį poveikį, kuris imituoja tai, kas atsitinka kelio traumos metu. Tai išskiria uždegimines molekules, žinomas kaip citokinai, ir pradeda procesą, panašų į tai, kas vyksta sergant osteoartritu.

Kosmosas

Šiame darbe tyrėjai įdėjo nanodaleles į auginimo terpę, kurioje plaunami audinių mėginiai – techniką, kurią jie taip pat galėtų panaudoti būsimuose eksperimentuose kosminėje stotyje, kuri tapo magnetu tyrėjams, tyrinėjantiems senėjimo ligas.

Mokslininkai jau daugelį metų žinojo, kad žemoje Žemės orbitoje žmogaus audiniai sensta greičiau nei Žemėje, nors priežastys yra šiek tiek paslaptingos. Viena analizė apskaičiavo, kad astronautų raumenys ir kaulai mikrogravitacijos sąlygomis atrofuojasi 10 kartų greičiau.

Išsiaiškinti, kaip ištaisyti sąnarių pažeidimus, gali būti labai svarbu ateities ilgalaikėms kosminėms misijoms.

Gavusi NIH ir NASA finansavimą, Grodzinskio laboratorija 2019 ir 2020 m. į TKS nusiuntė kelio kremzlės-kaulo kamščių ir sinovijos audinių mėginius. Jie tikėjosi išsiaiškinti, ar į osteoartritą panaši liga gali būti pradėta lėkštelėje, imituojant, kas vyksta žmonėms. po kelio traumos – naudojant mikrogravitacijos aplinką, siekiant ištirti ir pašalinti darbe vykstančius mechaninius procesus – ir pabandyti jį gydyti deksametazonu ir IGF-1.

Preliminarūs rezultatai teikia vilčių, sako jis. Paskutinės kelionės į TKS metu laboratorija nustatė, kad abu vaistai sumažino daugelio kremzlių mėginių žalą.

Kadangi dauguma mokslininkų šiomis dienomis pabrėžia, kad greičiausiai nebus nė vienos stebuklingos kulkos, manome, kad galimybė išbandyti vaistų derinius in vitro yra svarbus žingsnis į priekį, sako Grodzinskis.

Darbas mikrogravitacijos srityje taip pat gali būti naudingas būsimoms kosminėms misijoms, sako Dwivedi. Pasak jos, astronautai, kurie intensyviai mankštinasi kosmose, kad išvengtų atrofijos, kurią nesvarumo sąlygomis dažniausiai kenčia raumenys ir kaulai, tris kartus dažniau patiria traumų nei žmonės Žemėje, todėl gali būti labai svarbu išsiaiškinti, kaip atitaisyti sąnarių pažeidimus. būsimoms ilgalaikėms kosminėms misijoms.

Atjautos mentorystė

Grodzinskiui visada buvo lemta rasti namus MIT.

Užaugęs Long Ailende, kur lankė valstybines mokyklas klestinčiame pokario priemiestyje East Meadow, jis kartais aplankydavo savo vyresnįjį brolį Stepheną Grodzinsky 65, SM '67, Burton House. Jis prisimena galvojęs: „Man tai atrodo puiku“.

ScD jis įgijo pas velionį Jamesą Melcherį, mokyklos elektromagnetinių ir elektroninių sistemų laboratorijos direktorių. Tačiau netrukus prasidėjo nuosmukis, o vienintelės jam pasiūlytos pareigos buvo podoktoriumi lediniame Saskačevane ir muzikos bei inžinerijos docento pareigose Brazilijoje. Jo mentoriai, įskaitant Ioannis Yannas, geriausiai žinomas dėl dirbtinės odos išradimo, paskatino jį laikytis, siūlydami elektrotechnikos mokytojo vietą. Nuo tada jis dirba institute.

1995 m. MIT įkūrė Biomedicininės inžinerijos centrą, kad paskatintų mokslinius tyrimus tuometinėje naujoje srityje. Po trejų metų Grodzinskis buvo paskirtas į dabartines jos direktoriaus pareigas. Tuo metu jo fakulteto priklausomybė pasikeitė į naujai suformuotą Biologinės inžinerijos katedrą, kurioje buvo bendrai paskirti EECS ir mechanikos inžinerijos skyriai.

Grodzinskis mano, kad bet kokia jo pasiekta mokslinių tyrimų sėkmė buvo tiesioginis milžiniškų doktorantų ir doktorantų, kuriuos mums pavyko gauti MIT, rezultatas. Jie savo ruožtu klestėjo jam vadovaujant gailestingai.

Buvo malonu dirbti su juo, visų pirma todėl, kad jis suteikia jums daug nepriklausomybės, kad galėtumėte plėtoti savo idėjas, sako postdoc Dwivedi. Ir nesvarbu, kas jūs esate ir kuriame karjeros etape esate, jis klauso jūsų su didžiausiu dėmesiu ir pagarba.

Profesorius Gropdzinsky ir žmona Gail

Grodzinskis ir jo žmona Gail, dabar Bostono vaikų ligoninės vaikų neuropsichologė, susipažino grodami kamerinę muziką.

WEBB CHAPPELL

Ji taip pat vertina jo asmeninę paramą. Kai jos tėvai Indijoje balandį užsikrėtė koronavirusu, jis man suteikė visiškai laisvo laiko padėti jais rūpintis, sako ji.

Pačiam Grodzinskiui pavyko išvengti osteoartrito, nors, būdamas 74 metų, jis patenka į didžiausią šios ligos rizikos kategoriją.

Galbūt, svarsto jis, taip yra todėl, kad muzikanto pomėgis jį išlaikė nejudrus. Po ilgų fortepijono pamokų Trečiosios gatvės muzikos mokyklos gyvenvietėje Niujorke jis tapo MIT simfoninio orkestro pagrindiniu altininku kaip bakalauro studijas. Baigęs ScD, jis taip pat grojo laisvai samdomuose styginių kvartetuose ir susipažino su savo žmona Gail, grojančia kamerinę muziką.

Oficialiai įkėlus koją į universiteto miestelį, būdamas 18 metų studentas, jis šypsodamasis sako, kad kažkaip man niekada nepavyko rasti būdo išvykti.

paslėpti