Il Thiorfano Riprogramma i Neuroni Spinali per Ripristinare il Movimento Dopo un Trauma
Un comune composto farmacologico riprogramma i neuroni adulti per favorirne la rigenerazione, ripristinando la funzione degli arti anteriori nei ratti e stimolando la crescita dei neuriti nelle cellule corticali umane.
Riepilogo
I ricercatori hanno utilizzato un pipeline bioinformatico per identificare il thiorphan — un noto inibitore della endopeptidasi neutra — come piccola molecola in grado di mimare lo stato trascrizionale rigenerativo dei neuroni corticospinali dopo una lesione del midollo spinale. In colture di corteccia motoria di topo adulto, il thiorphan ha aumentato la crescita totale dei neuriti dell'80% e la lunghezza del neurite più lungo del 30%. Somministrato nel SNC due settimane dopo una grave contusione cervicale del midollo spinale nei ratti, il thiorphan combinato con un innesto di cellule progenitrici neurali ha migliorato significativamente la funzione dell'arto anteriore e potenziato la rigenerazione degli assoni corticospinali nell'innesto. In modo determinante, il thiorphan ha anche aumentato significativamente la crescita dei neuriti in neuroni corticali primari provenienti da scimmie cynomolgus adulte e da un essere umano di 56 anni, dimostrando un potenziale traslazionale e aprendo un nuovo paradigma per la scoperta di farmaci per il SNC.
Riepilogo Dettagliato
La lesione del midollo spinale rimane uno dei bisogni insoddisfatti più devastanti della medicina, con nessuna terapia approvata in grado di ripristinare una funzione motoria significativa. Questo studio introduce una pipeline di scoperta farmacologica in cinque fasi, che parte da una "firma" trascrittomica rigenerativa dei neuroni corticospinali e arriva alla prova di concetto in colture cerebrali umane adulte — un arco traslazionale completo raramente raggiunto in un singolo articolo.
Gli autori avevano precedentemente dimostrato che i motoneuroni corticospinali tornano transitoriamente a uno stato trascrizionale embrionale entro due settimane dalla lesione del midollo spinale nei topi, e che questo stato consente la rigenerazione assonale in innesti di cellule staminali neurali. In questo studio, hanno inserito quella firma trascrittomica nella Broad Connectivity Map (CMap), confrontandola con oltre 1.300 profili trascrittomici indotti da farmaci su linee cellulari umane. I risultati principali hanno incluso chinostatina, tiorfano, triflusal e milrinone; l'adifenina è emersa come il modulatore negativo predetto. La chinostatina non ha potuto essere sintetizzata con purezza adeguata, quindi tiorfano, triflusal e milrinone sono stati portati avanti.
In un nuovo saggio in vitro a media capacità produttiva, che utilizza neuroni della corteccia motoria di topo adulto dissociati (giorno postnatale 60) — un importante avanzamento metodologico rispetto alle colture embrionali o derivate da iPSC — il tiorfano a 250 µg ha aumentato la crescita totale dei neuriti dell'80% (P < 0,001) e la lunghezza massima dei neuriti del 30% (P < 0,001) in modo dose-dipendente. Il triflusal ha mostrato effetti modesti e non significativi; il milrinone non ne ha mostrati. L'adifenina, il controllo negativo predetto, ha soppresso la crescita, validando il potere predittivo della pipeline.
Per i test in vivo, il tiorfano è stato infuso per via intracerebroventricolare a partire da due settimane dopo una contusione SCI bilaterale C5 in ratti adulti — un punto di intervento ritardato clinicamente realistico. Gli animali che hanno ricevuto tiorfano insieme a un innesto di cellule progenitrici neurali (NPC) hanno mostrato miglioramenti significativi nel recupero funzionale degli arti anteriori (P < 0,005) e una rigenerazione assonale corticospinale significativamente maggiore negli innesti (P < 0,05) rispetto ai controlli che ricevevano solo innesti NPC. Il ritardo di due settimane prima dell'inizio del trattamento è particolarmente degno di nota date le realtà cliniche della gestione acuta della SCI.
Per valutare la rilevanza traslazionale, il team ha testato il tiorfano in colture neuronali corticali primarie di scimmie cynomolgus adulte e, aspetto cruciale, di un essere umano di 56 anni sottoposto a resezione neurochirurgica di un tumore (biopsia corticale confermata istologicamente normale). Il tiorfano ha aumentato significativamente la crescita dei neuriti in entrambe le specie di primati, rappresentando un notevole passo di validazione dal banco al letto del paziente. Il tiorfano ha già subito test clinici sull'uomo per altre indicazioni, accorciando sostanzialmente qualsiasi percorso regolatorio verso gli studi clinici sulla SCI.
Risultati Principali
- Thiorphan increased adult mouse motor cortex neurite outgrowth by 80% and max neurite length by 30% in vitro.
- Combined with neural progenitor cell grafts, thiorphan significantly improved forelimb function after severe rat cervical SCI.
- Corticospinal axon regeneration into stem cell grafts was significantly augmented by thiorphan treatment.
- Thiorphan boosted neurite outgrowth in primary cortical neurons from a 56-year-old human and adult monkeys.
- A bioinformatics pipeline using CMap successfully predicted effective pro-regenerative small molecules from neuronal transcriptomics.
Metodologia
I ricercatori hanno utilizzato lo screening in silico Broad CMap per abbinare una firma trascriptomica rigenerativa del tratto corticospinale ai trascrittomi indotti da farmaci, per poi validare i candidati più promettenti in colture neuronali di corteccia motoria di topi adulti (giorno postnatale 60). L'efficacia in vivo è stata valutata in ratti adulti con lesione midollare da contusione bilaterale C5, con infusione intracerebroventricolare di thiorphan iniziata 2 settimane dopo la lesione e combinata con trapianti di NPC, seguita da validazione traslazionale in colture neuronali corticali di scimmia adulta e umane.
Limitazioni dello Studio
I test in vivo sono stati condotti esclusivamente su ratti e i miglioramenti funzionali hanno richiesto la combinazione con innesti di NPC, lasciando aperta la questione se il thiorphan da solo sia sufficiente. La coltura neuronale umana proveniva da un unico donatore sottoposto a resezione tumorale, il che limita la generalizzabilità dei risultati. Il preciso meccanismo d'azione del thiorphan nella promozione della rigenerazione corticospinale, al di là dell'inibizione della neprilisina, non è stato ancora completamente chiarito.
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