Η υδροκεφαλία είναι μια κοινή νευρολογική πάθηση που εμφανίζεται σε 1 στις 1000 γεννήσεις, αλλά και σε ενήλικα άτομα. Η ανθρώπινη υδροκεφαλία οφείλεται στην ανώμαλη κυκλοφορία/συσσώρευση εγκεφαλονωτιαίου υγρού στις κοιλίες του εγκεφάλου, η οποία οδηγεί συνήθως σε αυξημένη ενδοκρανιακή πίεση.
Η συνήθης αντιμετώπιση της πάθησης στηρίζεται κυρίως σε νευροχειρουργικές επεμβάσεις που στοχεύουν στην απομάκρυνση του υγρού από τον εγκέφαλο, ανακουφίζοντας παροδικά τα συμπτώματα των ασθενών και όχι την αιτία, χωρίς να προσφέρουν μόνιμη ίαση στους ασθενείς.
Στον ανθρώπινο εγκέφαλο υπάρχουν δισεκατομμύρια εξειδικευμένα κύτταρα, τα οποία προέρχονται από έναν κοινό πληθυσμό αρχέγονων κυττάρων και είναι υπεύθυνα για διαφορετικές λειτουργίες. Μία ομάδα τέτοιων εξειδικευμένων κυττάρων που ονομάζονται επενδυματικά επενδύουν τις κοιλίες του εγκεφάλου, διαχωρίζουν τον νευρικό ιστό από το εγκεφαλονωτιαίο υγρό και μέσω συντονισμένα κινούμενων τριχιδίων (κροσσών) που φέρουν στην επιφάνειά τους, διευκολύνουν τη διακίνηση του εγκεφαλονωτιαίου υγρού. Η καταστροφή/δυσλειτουργία των επενδυματικών κυττάρων είναι ένα από τα κύρια παθοφυσιολογικά χαρακτηριστικά της υδροκεφαλίας στον άνθρωπο.
Τα επενδυματικά κύτταρα παράγονται από μια συγκεκριμένη κυτταρική σειρά λίγο μετά τη γέννηση, αν και οι «προδιαγραφές» τους έχουν καθοριστεί νωρίτερα κατά τη διάρκεια της εμβρυογένεσης. Η ομάδα του Εργαστηρίου Φυσιολογίας του Τμήματος Ιατρικής του Πανεπιστημίου Πατρών, στο οποίο ηγείται ο καθηγητής Σταύρος Ταραβήρας, σε προηγούμενη έρευνα εντόπισε τα γονίδια που είναι υπεύθυνα για τη δημιουργία των επενδυματικών κυττάρων κατά την ανάπτυξη του εμβρύου.
Η βασική ιδέα είναι ο επαναπρογραμματισμός των κυττάρων
«Γνωρίζοντας ότι τα επενδυματικά κύτταρα επηρεάζονται ή καταστρέφονται σε κάποιους ασθενείς με υδροκεφαλία, διαχρονικός στόχος μας ήταν να βρούμε έναν τρόπο να τα αναγεννήσουμε και να τα ξανακάνουμε λειτουργικά και να εξετάσουμε αν αυτά τα «αναγεννημένα» κύτταρα μπορούν να βελτιώσουν τη διεύρυνση του εγκεφάλου για να κυκλοφορήσει το εγκεφαλονωτιαίο υγρό, αλλά και την ελαττωματική νευρογένεση, αρχικά σε ζωικά μοντέλα ποντικών με υδροκεφαλία.
Η βασική ιδέα είναι να δημιουργήσουμε τα νέα λειτουργικά κύτταρα μιμούμενοι τις φυσιολογικές διαδικασίες που οδηγούν στη δημιουργία επενδυματικών κυττάρων κατά τη διάρκεια της ανάπτυξης, με μακροπρόθεσμο στόχο να προτείνουμε νέες θεραπευτικές προσεγγίσεις σε ασθενείς που πάσχουν από υδροκεφαλία», σχολιάζει ο καθηγητής Ταραβήρας.
Στην αναγέννηση λοιπόν, των πολυκροσσωτών επενδυματικών κυττάρων του εγκεφάλου βασίζεται η πρωτοποριακή έρευνα της μεταδιδακτορικής ερευνήτριας στο εργαστήριο του καθηγητή Ταραβήρα, Κωνσταντίνας Καπλάνη η οποία δημοσιεύτηκε πρόσφατα στο επιστημονικό περιοδικό EMBO Molecular Medicine. Η ιδέα αυτής της μελέτης στηρίζεται σε προηγούμενα αποτελέσματα της ίδιας ερευνητικής ομάδας, που έδειξαν ότι δύο πρωτεΐνες, οι GEMC1 και MCIDAS είναι οι υπεύθυνοι παράγοντες που καθοδηγούν τη μετατροπή ενός ανώριμου κυττάρου του εγκεφάλου κατά την εμβρυική ζωή, σε επενδυματικό κύτταρο. Οι ίδιοι αυτοί παράγοντες GEMC1 και MCIDAS είναι ικανοί να επαναπρογραμματίσουν προς επενδυματικά τα κύτταρα που υφίστανται βλάβη κατά την υδροκεφαλία.
Οι ερευνητές χρησιμοποίησαν κυτταρικές καλλιέργειες αλλά και πειραματόζωα που μιμούνται την ανθρώπινη υδροκεφαλία για να αποδείξουν τα ευρήματά τους. Αρχικά, μεταξύ των κυτταρικών καλλιεργειών επέλεξαν μια ομάδα κυττάρων που ονομάζονται αστρογλοιακά, τα οποία ενεργοποιούνται στο σημείο που εντοπίζεται η βλάβη στους ασθενείς με υδροκεφαλία. Σε φυσιολογικές συνθήκες αυτά τα κύτταρα έχουν συμπληρωματικό και υποστηρικτικό ρόλο προς τα υπόλοιπα κύτταρα του νευρικού συστήματος. Όταν οι επιστήμονες αύξησαν εξωγενώς την παρουσία των πρωτεϊνικών παραγόντων GEMC1 και MCIDAS στα αστρογλοιακά κύτταρα, αυτά επαναπρογραμματίστηκαν σε επενδυματικά κύτταρα. Τα νέα επενδυματικά κύτταρα που δημιουργήθηκαν έμοιαζαν με τα φυσιολογικά κύτταρα και ήταν πλήρως λειτουργικά, καθώς διέθεταν πολλαπλούς κινούμενους κροσσούς (τριχίδια).
Επαλήθευση και σε ζωικά μοντέλα
Οι Έλληνες επιστήμονες σε επόμενη φάση δοκίμασαν την υπόθεσή τους και σε πειραματικά μοντέλα ποντικών που μιμούνται την ανθρώπινη υδροκεφαλία. Συγκεκριμένα πειραματίστηκαν με ένα μοντέλο της γενετικής μορφής της υδροκεφαλίας που οφείλεται σε μεταλλαγές σε γονίδια τα οποία καθιστούν μη λειτουργικές τις πρωτεΐνες και με ένα μοντέλο που προκαλεί δευτερογενώς την υδροκεφαλία εξαιτίας αιμορραγίας στον εγκέφαλο.
«Η έρευνα του εργαστηρίου μας απέδειξε ότι και στα δύο μοντέλα της ασθένειας που χρησιμοποιήσαμε, η εξωγενής αύξηση της παρουσίας του παράγοντα MCIDAS, οδήγησε στην επαναδημιουργία των επενδυματικών κυττάρων. Μάλιστα με τη χρήση μικροσκοπίας σε ζωντανά κύτταρα φάνηκε ότι τα νέα επενδυματικά κύτταρα αποκτούν και διατηρούν τη δυνατότητα να διακινούν εγκεφαλονωτιαίο υγρό, συνεπώς μοιάζουν με τα φυσιολογικά κύτταρα του εγκεφάλου», σχολιάζει η Δρ Καπλάνη.
Σύμφωνα με τους επιστήμονες, τα νέα επενδυματικά κύτταρα επιπλέον αναδιαμορφώνουν την αρχιτεκτονική του εγκεφάλου δημιουργώντας μοναδικές δομές που μοιάζουν με ροζέτες μαζί με τα ενήλικα νευρικά βλαστικά κύτταρα του εγκεφάλου. Η διατήρηση αυτής της συγκεκριμένης αρχιτεκτονικής είναι απαραίτητη για τη συνεχή παραγωγή νέων νευρώνων στην ενήλικη ζωή και έχει αποδειχθεί ότι διαταράσσεται σε ασθενείς με υδροκεφαλία.
«Το εύρημα αυτό είναι ιδιαίτερα σημαντικό, καθώς υποδεικνύει ότι η παρουσία της πρωτεΐνης MCIDAS μπορεί όχι μόνο να συμβάλει στη δημιουργία νέων λειτουργικών επενδυματικών κυττάρων, αλλά και να αποκαταστήσει τη δομική ισορροπία του εγκεφάλου που υποστηρίζει την παραγωγή νέων νευρώνων», προσθέτει ο καθηγητής Ταραβήρας.
Συνολικά, τα ευρήματα της παρούσας μελέτης θέτουν τις βάσεις για την ανάπτυξη νέων αναγεννητικών θεραπευτικών προσεγγίσεων κατά της υδροκεφαλίας, προτείνοντας τον επαναπρογραμματισμό των κυττάρων που βρίσκονται στο σημείο της βλάβης προς επενδυματικά ως μια πολλά υποσχόμενη παρέμβαση.
Αξίζει να αναφερθεί πως η ομάδα του καθηγητή Ταραβήρα ήταν η πρώτη που πρότεινε επαναπρογραμματισμό ‘ελαττωματικού’ εγκεφαλικού ιστού σε λειτουργικά επενδυματικά κύτταρα και αυτό βασίζεται σε πολύχρονη έρευνα και σε προηγούμενα ευρήματα του εργαστηρίου του Έλληνα επιστήμονα που αποσαφηνίζουν τα μοριακά συμβάντα που οδηγούν στην παραγωγή αυτών των κυττάρων κατά τη φυσιολογική τους ανάπτυξη.
Για την πρωτοποριακή άλλωστε έρευνα που διενεργείται στο εργαστήριο Φυσιολογίας του Τμήματος Ιατρικής του Πανεπιστημίου Πατρών και συγκεκριμένα για την προοπτική μίας καινούργιας κυτταρικής θεραπείας για την ασθένεια της υδροκεφαλίας, ο καθηγητής Ταραβήρας το 2021 απέσπασε μια ιδιαίτερα σημαντική διεθνή διάκριση. Πρόκειται για το «Innovator Award Grant 2020» το οποίο απονεμήθηκε από την Hydrocephalus Association των ΗΠΑ για πρώτη φορά σε Έλληνα επιστήμονα, πιστοποιώντας την καινοτόμο έρευνα που διενεργείται στο εργαστήριο «Stem cell Lab» του Πανεπιστημίου Πατρών στο οποίο ηγείται.
