Un organo danneggiato può essere riparato? “Human body 4S shop” sta diventando realtà!

Alla 37a conferenza "Healthy Line of Defense" di "Science Popularization China - I am a Scientist", Dai Jianwu, ricercatore presso l'Istituto di genetica e biologia dello sviluppo dell'Accademia cinese delle scienze, direttore del Centro di ricerca in medicina rigenerativa, direttore della Società cinese di biomateriali e segretario generale della divisione sulle cellule staminali della Società cinese di biologia cellulare, ha tenuto un discorso dal titolo "Riparazione di organi e tessuti umani: la medicina rigenerativa va oltre la fantascienza".

Di seguito la trascrizione del discorso di Dai Jianwu:

2022.4.17 Pechino

Ciao a tutti, mi chiamo Dai Jianwu, lavoro presso l'Accademia cinese delle scienze e mi occupo di ricerca sulla medicina rigenerativa.

Poco fa, il dottor Tao Yong ha raccontato la storia dell'oftalmologia. Sappiamo che esiste un intervento chirurgico in oftalmologia chiamato trapianto di cornea, che può restituire la vista a molte persone diventate cieche a causa di malattie della cornea. Infatti, con lo sviluppo della medicina moderna, il trapianto di organi non è più limitato a un solo tipo. Esistono più di dieci tipi di organi, tra cui i nostri principali organi comuni come cuore, fegato, polmoni e reni, che possono essere trapiantati.

Il trapianto di organi è spesso l'ultima risorsa per curare l'insufficienza d'organo, ma ci sono ancora molti ostacoli. Ad esempio, i pazienti sottoposti a trapianto di organi devono assumere farmaci antirigetto per il resto della loro vita, il che sopprime il loro sistema immunitario e provoca molti effetti collaterali. Naturalmente, l'ostacolo più grande deriva dal rapporto tra domanda e offerta. Nel nostro Paese ci sono centinaia di migliaia o addirittura milioni di persone in attesa di un trapianto di organi, ma solo circa l'1% di loro può aspettare che gli organi vengano forniti.

Che si tratti di miti del passato o di fantascienza odierna, la capacità degli organi di rigenerarsi è un argomento di discussione. Gli esseri umani sognano molto la rigenerazione degli organi, ma purtroppo è molto difficile. Da una prospettiva evolutiva, gli organi umani si sono evoluti nel corso di decine di migliaia di anni e sono diventati estremamente complessi, perdendo però gran parte delle loro capacità rigenerative. Al contrario, organismi inferiori come la salamandra nel video svilupperanno sicuramente organi identici entro due mesi se vengono loro tagliati gli arti.

Negli ultimi anni, le persone hanno riposto le loro speranze per la rigenerazione degli organi in una nuova disciplina chiamata medicina rigenerativa, ed è proprio questa la storia che vi racconterò oggi. Probabilmente hai già qualche nozione di medicina rigenerativa perché molte persone hanno sentito parlare di cellule staminali. Tuttavia, in realtà esiste una concezione unilaterale della medicina rigenerativa, perché, sebbene le cellule staminali siano una parte molto importante della medicina rigenerativa, non ne costituiscono l'unica parte.

Personalmente ritengo che la medicina rigenerativa sia un progetto sistematico che richiede materiali di supporto per determinare la posizione delle cellule e regolarne le funzioni. Inoltre, sono necessari vari fattori rigenerativi per aiutare le cellule a sopravvivere, differenziarsi e crescere. Le cellule staminali sono solo i semi di una cellula. La medicina rigenerativa è in realtà come costruire una casa. Se hai solo mattoni (cellule staminali), non puoi certamente costruire un edificio, perché hai bisogno di un'impalcatura in acciaio molto resistente (materiale biologico per impalcature) per sostenere l'intera casa. Se hai mattoni e barre d'acciaio, puoi costruire la casa, ma non avrà ancora alcuna funzione e avrai bisogno di acqua, riscaldamento, elettricità (fattori rigenerativi), ecc. Quindi, la mia comprensione della medicina rigenerativa è che si basa su materiali biologici di supporto, combinati con cellule staminali e vari fattori rigenerativi, per riparare, ricostruire e produrre i tessuti e gli organi che il corpo umano desidera.

Sono tornato in Cina nel 2001 e la prima cosa che ho fatto è stata quella di aprire un laboratorio di medicina rigenerativa. Dopo aver allestito il laboratorio, la prima cosa da fare è determinarne i problemi scientifici. Abbiamo scelto come direzione della ricerca del nostro laboratorio il problema più difficile della medicina rigenerativa: la lesione del midollo spinale. Molte persone mi hanno consigliato: "Maestro Dai, dovresti prendere in considerazione qualcosa di più semplice, così potrai ottenere risultati più facilmente". Ma quando vedi pazienti con lesioni al midollo spinale, hai la sensazione che qualcuno debba impegnarsi molto per risolvere questi problemi.

Nel mio Paese ogni anno si verificano circa 100.000-140.000 lesioni al midollo spinale dovute a incidenti, infortuni sul lavoro o malattie. Nel nostro Paese vivono più di due milioni di pazienti affetti da lesioni al midollo spinale, la maggior parte dei quali sono giovani. Sebbene la loro capacità di sopravvivenza non sia cambiata molto, il pesante fardello economico e il lavoro di cura trascineranno le loro famiglie.

Il midollo spinale è un percorso nervoso all'interno della nostra colonna vertebrale, proprio come un cavo. Attraverso di esso, i segnali di comando e azione del cervello vengono trasmessi agli arti e, attraverso di esso, le sensazioni provenienti dagli arti vengono trasmesse al cervello. Tuttavia, se una qualsiasi parte dei segmenti cervicale, toracico o lombare (come il punto rosso nel video) è danneggiata, il percorso del segnale verrà interrotto e la parte al di sotto del sito danneggiato perderà sensibilità, condizione che chiamiamo paraplegia.

Perché è così difficile riparare le lesioni del midollo spinale? Poiché in teoria il tessuto del midollo spinale non può rigenerarsi affatto, non è come quello che sentiamo spesso dire: "Ci vogliono cento giorni per guarire un osso rotto". Le lesioni ossee e cutanee hanno un processo di autoguarigione. Una volta danneggiate, un gran numero di cellule staminali o fattori di crescita si riverseranno nella zona lesa per favorire la rigenerazione. Ma la lesione del midollo spinale è diversa, così come la lesione cerebrale. Il motivo per cui il sistema nervoso centrale non riesce a rigenerarsi è di natura protettiva. Una volta danneggiato, si formerà una grande quantità di cicatrici gliali che impediranno l'ulteriore espansione del danno, ostacolando al contempo la rigenerazione. Pertanto, nel processo di ricerca sulle lesioni del midollo spinale e sulla rigenerazione, pensiamo principalmente a come ricostruire un microambiente rigenerativo.

Il termine "microambiente" suona molto astratto. Forse hai sentito parlare di più dell'ambiente macro aziendale, dell'ambiente di vita, ecc. Infatti, se estraiamo un tessuto grande quanto un seme di sesamo o un chicco di miglio e lo mettiamo sotto un microscopio, probabilmente sarà la struttura sul lato sinistro dell'immagine sopra, con molte impalcature, matrice extracellulare e proteine ​​strutturali per supportare la posizione e l'esistenza di varie cellule; Inoltre, sono presenti numerosi fattori rigenerativi e molecole segnale che supportano la generazione e la differenziazione delle cellule attraverso il gradiente di concentrazione formato dal materiale di supporto. Per trasformare un microambiente che inibisce la rigenerazione in uno che la promuove, è necessario utilizzare biomateriali per regolare le cellule e la distribuzione dei fattori di crescita, il che richiede tecnologie di base.

Negli ultimi vent'anni abbiamo sviluppato due tecnologie chiave.

Il primo è quello di modificare i biomateriali in modo che abbiano la capacità di regolare la distribuzione spaziale di vari fattori di crescita nel liquido, compresa la formazione di gradienti. Ad oggi, questa dovrebbe essere la tecnologia più all'avanguardia in questo campo. Allo stesso modo, possiamo posizionare le cellule in un ambiente liquido, regolare le cellule e i fattori di crescita attraverso l'azione dell'impalcatura e ricostruire il microambiente rigenerativo. Sulla base di questa teoria, abbiamo progettato un prodotto costituito da un materiale di supporto per la rigenerazione del tessuto del midollo spinale, che è anche il primo del suo genere al mondo.

NeuroRegen® Collagen Scaffold per la rigenerazione dei nervi

Come si può vedere dalla foto, l'impalcatura è composta da fibre di collagene disposte longitudinalmente, che in realtà guidano i nervi a crescere in questa direzione.

Due mesi

Quattro mesi

Dopo aver impiantato questo prodotto in animali con danni totali al midollo spinale, si può notare che gli animali non hanno recuperato alcuna funzionalità dopo due mesi, ma entro il terzo e il quarto mese i cani riescono lentamente ad alzarsi in piedi e a camminare da soli. È la prima volta che vediamo un prodotto in grado di guidare realmente la rigenerazione del tessuto del midollo spinale.

Come prodotto, qual è il suo meccanismo d'azione? Tradizionalmente si ritiene che la rigenerazione dei nervi cresca di un millimetro o di qualche decimo di millimetro ogni settimana o giorno. In realtà, questo vale solo per i nervi periferici che possono rigenerarsi. Le loro funzioni si ristabiliranno lentamente dopo un certo periodo di tempo dall'infortunio, cosa che il sistema nervoso centrale non riesce a fare. Pertanto, possiamo solo proporre una nostra teoria basata sui dati accumulati negli ultimi vent'anni.

Abbiamo scoperto che una lesione del midollo spinale può attivare molte cellule: ad esempio, le cellule gliali possono differenziarsi in cellule staminali neurali positive alla Nestin. In questa fase, se guidati a differenziarsi in neuroni blu, questi neuroni possono formare connessioni con i nervi nei tessuti normali. Proprio come quando guardiamo i film di guerra, quando le linee telefoniche saltano e non possono più essere ricollegate, i soldati usano semplicemente le mani per ricollegarle. Penso che il meccanismo di rigenerazione delle lesioni del midollo spinale che abbiamo raggiunto finora sia fondamentalmente questo: collegare le due estremità rotte dei nervi nel sito danneggiato, consentendo la trasmissione dei neurotrasmettitori e ripristinandone così la funzionalità.

Abbiamo iniziato a preparare le sperimentazioni cliniche per questo prodotto nel 2014 e il primo paziente è stato ufficialmente arruolato il 16 gennaio 2015. Sono passati sette anni da allora e un totale di oltre cento pazienti hanno partecipato alle sperimentazioni cliniche. L'anno scorso abbiamo pubblicato un articolo su un follow-up di cinque anni su 51 pazienti, dimostrando che il prodotto è sicuro ed efficace per oltre il 50% dei pazienti, in particolare quelli con lesioni acute, con il 40% dei pazienti che recupera la funzionalità motoria.

Nel caso in questione c'era una ragazza che ha collaborato molto bene alla riabilitazione, tanto che era l'unica tra gli oltre 100 pazienti del gruppo a riuscire a camminare in modo indipendente. Ci ha dato molta speranza, dimostrando che i pazienti con lesioni del midollo spinale non hanno bisogno di stare su una sedia a rotelle per tutta la vita e che un giorno saranno in grado di stare in piedi e camminare.

In questa immagine, ripercorro alcuni dei lavori più importanti svolti nel nostro laboratorio negli ultimi 20 anni nell'ambito della ricerca sulle lesioni del midollo spinale; ma ci sono molte cose che non possono essere scritte lì perché sono tutte opere fallite.

A questo punto, ho due pensieri da condividere con voi:

La prima è che gli scienziati devono innanzitutto essere in grado di sopportare la solitudine e di attenersi a un obiettivo. Ci occupiamo di lesioni del midollo spinale da vent'anni e ho ancora vent'anni davanti a me per farlo. Vogliamo portare il trattamento delle lesioni del midollo spinale a un livello superiore. Infatti, è molto importante che gli scienziati si concentrino su un problema scientifico. Forse invidierai i giapponesi che vincono il premio Nobel ogni ottobre, ma se studi queste persone, scoprirai che si concentrano su un unico problema scientifico per tutta la vita, a differenza di alcuni scienziati che possono inseguire questo o quel problema caldo e alla fine non ottenere nulla.

La seconda è che gli scienziati non dovrebbero aver paura delle difficoltà. Abbiamo scelto il problema scientifico più difficile, che ci ha permesso di spingere all'estremo la tecnologia fondamentale della medicina rigenerativa. Al contrario, quando abbiamo a che fare con altri tessuti e organi facilmente rigenerabili, sarà più facile ottenere risultati.

Negli ultimi dieci anni abbiamo condotto ricerche cliniche anche su altre forme di medicina rigenerativa, tra cui i danni endometriali.

Ogni anno nel nostro Paese si effettuano probabilmente più di 10 milioni di aborti artificiali, che possono causare danni e cicatrici all'endometrio e persino infertilità. Abbiamo collaborato con il team di Hu Yali presso il Nanjing Drum Tower Hospital per progettare una membrana di collagene in grado di riparare l'endometrio. Gli studi clinici sono iniziati nel 2013 e il 17 luglio 2014 è nato il primo bambino frutto dello studio clinico sulla rigenerazione endometriale. Ho assistito al parto in sala parto e sono rimasta profondamente colpita. Finora, questo studio clinico ha prodotto circa cento bambini sani, tutti tramite rigenerazione endometriale.

Un altro problema correlato alla riproduzione è l'insufficienza ovarica prematura. In alcune giovani le mestruazioni smettono di presentarsi già all'età di 19 o 20 anni e le loro ovaie non sono più attive, per cui non si parla più di gravidanza o parto. In risposta alla malattia incurabile dell'insufficienza ovarica precoce, abbiamo collaborato con Sun Haixiang, direttore del Centro riproduttivo del Nanjing Drum Tower Hospital, per progettare uno stent iniettabile, utilizzato principalmente per guidare la circolazione sanguigna attorno alle ovaie e favorire lo sviluppo delle ovaie. Abbiamo scoperto che le ovaie di tutte le 20 pazienti erano state attivate e due di loro sono rimaste incinte. Tuttavia, in un caso, probabilmente a causa dell'età avanzata, al feto è stata diagnosticata la trisomia 21 e la gravidanza ha dovuto essere interrotta. Infine, il 12 gennaio 2018, è nato il primo bambino della prima paziente al mondo ad aver ricevuto un trattamento clinico per insufficienza ovarica prematura presso il Nanjing Drum Tower Hospital. Si tratta di un risultato storico, che dimostra che l'insufficienza ovarica precoce non è più una malattia incurabile.

La rigenerazione miocardica è in realtà difficile. Si potrebbe pensare che il miocardio sia un tessuto non rigenerabile come il midollo spinale, ma la richiesta di rigenerazione miocardica è molto elevata. La metà dei decessi ogni anno nel nostro Paese e nel mondo sono causati da malattie cardiovascolari e tumori. Dopo un infarto del miocardio, il miocardio diventa fibrotico, formando una landa sterile, con funzionalità cardiaca ridotta e ipertrofia compensatoria. Il metodo di cura è l'inserimento di uno stent, seguito da un intervento di bypass e, infine, dal trapianto di cuore.

Applichiamo il concetto di controllo del deserto alla rigenerazione miocardica. Se una terra è diventata desertica, se vi si porta l'acqua, diventerà un'oasi. Se si consente ai vasi sanguigni di crescere all'interno del miocardio necrotico, è possibile rigenerare il miocardio? Abbiamo quindi progettato un collagene iniettabile e scoperto che poteva far ricrescere il miocardio in un modello di infarto miocardico suinicolo. Nel marzo 2016 abbiamo organizzato uno studio clinico su 60 pazienti affetti da insufficienza cardiaca. Dopo un anno di follow-up, abbiamo scoperto che il miocardio dei pazienti con grave insufficienza cardiaca può effettivamente rigenerarsi. Penso quindi che questa importanza clinica sia molto grande e possa dare speranza ai nostri innumerevoli pazienti cardiovascolari, in particolare a quelli affetti da infarto del miocardio. Questo lavoro è stato recentemente pubblicato sulla rinomata rivista clinica JAMA.

Infine, ci occupiamo di questioni estetiche: la rigenerazione delle corde vocali. Stiamo collaborando con il direttore Jin Xiaofeng del reparto di otorinolaringoiatria del Peking Union Medical College Hospital. Ci raccontano le esigenze di molti pazienti, chiedendoci se per un motivo o per un altro esiste un modo per risolvere il problema. Da un punto di vista strutturale, la corda vocale è un legamento. Se il legamento riesce a rigenerarsi, anche la corda vocale potrebbe riuscire a rigenerarsi. Abbiamo quindi progettato un'impalcatura di collagene iniettabile per riparare le corde vocali. A partire dal 2016, abbiamo eseguito il trattamento su 20 pazienti presso l'Union Hospital e i risultati hanno dimostrato un'efficacia del 100%. Ascoltiamo un esempio:

La voce più acuta si ha dopo il trattamento, quella più grave prima del trattamento. Il paziente arrivato dopo è venuto appositamente nel mio studio, insieme al direttore Jin, per ringraziarci. Ha detto che un tempo non aveva sicurezza nel parlare, ma ora sente che la sua voce è più forte di quella della gente comune. Sono molto felice per lui.

In realtà sono molteplici le aree in cui è possibile ricorrere alla rigenerazione delle corde vocali. Ad esempio, molti giovani oggi amano cantare, ma non riescono a cantare alcune note alte. Possono utilizzare metodi di medicina rigenerativa per aumentare l'elasticità e la larghezza delle corde vocali, il che potrebbe rendere la voce molto più forte. Quindi penso che possa anche abbellire la voce.

Dopo aver detto tutto, mi sono ricordato di alcuni sogni. Nel 2014 sono stata nominata Persona dell'anno per l'innovazione scientifica e tecnologica dalla CCTV per i miei successi nella rigenerazione endometriale. In quell'occasione, durante il mio discorso, ho esposto una fantasia. Ho detto che le persone sono come le automobili. Le auto sono dotate di magazzini 4S per la manutenzione ordinaria, i problemi possono essere riparati e i guasti possono essere sostituiti con pezzi di ricambio. Penso che anche la medicina rigenerativa rappresenti un sogno per l'umanità e possa realizzare la manutenzione e la riparazione del corpo umano, e persino sostituirne alcune parti. Oggi, mentre sono sul palco, sento che il sogno che ho portato a tutti sta diventando realtà.

Grazie a tutti.

Relatore Dai Jianwu: "La riparazione di tessuti e organi umani e la medicina rigenerativa vanno oltre la fantascienza" | Foto: Vphoto

Fonte: Science Popularization China-Io sono uno scienziato