211service.com
Meklē kosmosu, lai izārstētu osteoartrītu
Osteoartrīts skar simtiem miljonu cilvēku visā pasaulē. Alans Grodzinskis, '71, ScD '74, vēlas izbeigt viņu sāpes.
2021. gada 26. oktobris
Osteoartrīts skar simtiem miljonu cilvēku visā pasaulē. Alans Grodzinskis '71, PhD '74, vēlas izbeigt viņu sāpes. Vebs Čepels
1976. gadā Alans Grodzinskis '71, ScD '74, jutās nedaudz neapmierināts.
Viņš bija pavadījis divus gadus, mācot pusvadītāju fizikas un ķēžu pamatkursu MIT Elektrotehnikas un datorzinātņu katedrā, mācoties materiālus strauji mainīgajā jomā. Tas viņam neatstāja laiku pētījumiem. Tad radās lieliska iespēja.
Ar nelaiķa Ērvinga Londonas, Hārvarda-MIT programmas veselības zinātnēs un tehnoloģijās dibinātāja, palīdzību Grodzinskis ieguva brīvdienu Bostonas Bērnu slimnīcā, kuru vadīja nelaiķis Mels Glimhers, ortopēdiskās ķirurģijas vadītājs un novatorisks pētnieks bioloģijas jomā. no cilvēka kauliem un kolagēna.
Glimhers vēlējās uzsākt pētniecības projektu par skrimšļiem, stingru šķiedru matricu, kas izklāj locītavas, un par osteoartrītu, hronisku, sāpīgu slimību, kas sadala šos skrimšļus.
Tas bija lieliski piemērots 29 gadus vecajam Grodzinskim, kurš bija ieguvis ScD, pētot kolagēna elektriskās īpašības, kas ir viena no skrimšļa sastāvdaļām. Līdz gada beigām viņš devās ceļā, kuru viņš staigājis kopš tā laika: mēģināja atrast efektīvus osteoartrīta ārstēšanas veidus, kas ir galvenais hronisku sāpju un invaliditātes cēlonis visā pasaulē. Tas skar vairāk nekā 30 miljonus amerikāņu un simtiem miljonu visā pasaulē.
Tas ir milzīgs finansiāls slogs un invaliditātes slogs. Un, lai gan tas nav nāvējošs, tas noteikti veicina dzīves kvalitātes zudumu, saka Džozefs Bakvalters, ortopēds un osteoartrīta eksperts no Aiovas, kurš Grodzinski pazīst gadu desmitiem. Kopējo locītavu, galvenokārt ceļgalu un gūžu, nomaiņu izmaksas ir viens no mūsu lielākajiem veselības izdevumiem.
Nav sāpju plāna
ASV Pārtikas un zāļu pārvalde nav apstiprinājusi nevienu slimību modificējošu medikamentu osteoartrīta ārstēšanai — zāles, kas ārstē pamatslimību, nevis tikai simptomus. Grodzinskis saka, ka visvairāk cietušie ir pretsāpju līdzekļi, piemēram, Motrin, neregulāras steroīdu injekcijas un galu galā locītavu endoprotezēšanas operācija. Katru gadu ASV tiek veiktas vairāk nekā miljons ceļgalu un gūžu protezēšanas, un paredzams, ka skaits pieaugs, līdz ar iedzīvotāju novecošanos.
Lai gan vecāka gadagājuma cilvēki ir visvairāk uzņēmīgi pret osteoartrītu, Grodzinskis lielāko daļu savu pētījumu ir koncentrējis uz jaunākiem cilvēkiem, īpaši sievietēm sportistēm, kurām bieži rodas stāvoklis pēc ceļgala traumām.
Desmitiem tūkstošu jaunu sieviešu katru gadu gūst ceļgalu priekšējo krustenisko saišu traumas. Kad es pasniedzu savu kursu MIT saistībā ar biomehāniku, Grodzinskis saka: es jautāju par ACL traumām, un šodien tikpat daudz roku paceļas kā agrāk. Es nesen mācīju Hārvardas Medicīnas skolas kursu, un no 20 studentiem klasē četrām sievietēm bija ACL asaras, un vienai tika veikta trešā operācija.
Viņš saka, ka ārsti var salabot šīs asaras, taču gan vīriešiem, gan sievietēm, kas cieš no locītavu traumām, turpmākajos gados joprojām ir augsts osteoartrīta attīstības risks. Un, lai gan ceļa locītavas protezēšana var neitralizēt osteoartrīta sekas, ārsti nelabprāt veic šādu operāciju jaunākiem cilvēkiem, jo, iespējams, tā būs jāatkārto pēc pirmās mākslīgās locītavas nolietošanās.
Ceļgala implants var kalpot gadiem ilgi, saka Bakvalters, taču es sapņotu, ja to darītu kādam, kas jaunāks par 40 gadiem, jo iespēja, ka viņam vajadzēs vēl vienu, ir gandrīz nepārspējama.
Nanodaļiņu Rx
Pētnieki ir identificējuši esošās zāles, kas varētu atvieglot osteoartrīta rašanos, taču tās kavē fakts, ka skrimšļiem nav dabiskas asins piegādes, saka Grodzinskis. Kad ārsti injicē steroīdu ceļa locītavā, lai mazinātu iekaisumu, organisms attīra lielāko daļu zāļu, pirms tās var nokļūt skrimšļos.
Lai risinātu šo problēmu, viņa laboratorija ir uzsākusi pētījumus, kas saistīti ar nanodaļiņām, cilvēka līķu ceļiem un pat misijām uz Starptautisko kosmosa staciju.
Sešas dienas pēc tam, kad artrītisks ceļgals tika apstrādāts ar nanodaļiņām, kas satur insulīnam līdzīgu augšanas faktoru 1 (zils), daļiņas ir izkļuvušas caur ceļa locītavas skrimšļiem.
BRETA GEIGERA UN DŽEFS VIKOFSSākot ar šo sabatu pirms vairāk nekā četrām desmitgadēm, Grodzinskis uzzināja svarīgu faktu par skrimšļiem. Lai gan pašas audu šķiedras daļēji atbalsta mūsu locītavas, liela daļa to stiprības izriet no tā elektrostatiskajām īpašībām. Izrādās, ka aptuveni puse no mūsu skrimšļa spiedes mehāniskā stīvuma ir saistīta ar elektrostatisku atgrūdošu mijiedarbību starp negatīvi lādētām cukura ķēdēm, viņš saka.
Šī negatīvi lādētā audu matrica piedāvā arī veidu, kā zāles ievadīt tieši audos: ievietojot tās pozitīvi lādētās nanodaļiņās. Grodzinska komanda cilvēka līķa ceļgala skrimšļos ir spējusi parādīt, ka šādas daļiņas var novērst agrīnu iekaisumu un traumu radītos bojājumus.
Sākotnējo nanodaļiņu darbu pirms vairākiem gadiem uzsāka Grodzinska bijusī doktorante Ambika Bajpayee, MNG '07, PhD '15, tagad Ziemeļaustrumu universitātes profesore. Pēc tam Bajpayee sadarbojās ar Paulu Hamondu, MIT ķīmiskās inženierijas nodaļas vadītāju, kurš bija pionieris nanodaļiņu izmantošanā, lai piegādātu zāles vēža audzējiem.
Grodzinska laboratorijā zāles saturošās nanodaļiņas tiek ievadītas dzīvnieku locītavās, tāpat kā tas būtu cilvēkiem, viņš saka, un, tiklīdz tās ir iekšā, ja tās tiek lietotas pareizajā koncentrācijā, tās var palikt iekšā. daudzas nedēļas, ligzdotas šķiedru matricā.
Grupa ir koncentrējusies uz divu medikamentu piegādi, kas jau ir apstiprināti lietošanai cilvēkiem.
Viens no tiem ir pretiekaisuma līdzeklis deksametazons, kas arī veiksmīgi izmantots elpošanas problēmu ārstēšanai dažiem hospitalizētiem Covid-19 pacientiem. Otrs ir insulīnam līdzīgais augšanas faktors 1 (IGF-1), hormons, kas veicina kaulu un skrimšļa audu augšanu un ir lietots bērniem, kas dzimuši mazāki nekā parasti.
Deksametazons samazina skrimšļa sadalīšanos pēc traumas, saka Grodzinskis, savukārt IGF-1 var veicināt audu atjaunošanos.
Pētījumi ar dzīvniekiem, izmantojot IGF-1, ir veikti sadarbībā ar Hamondu, un Grodzinska laboratorija ir paplašinājusi šo eksperimentālo ārstēšanu arī uz cilvēka audiem, pamatojoties uz mirušo cilvēku paraugiem. Līdz šim laboratorijā ir izdevies iegūt ceļa kaula, skrimšļa un sinoviālās locītavas kapsulas gabalus no 45 donoriem, saka Garima Dvivedi, laboratorijas pēcdoktorantūras pētniece.
Dvivedi un viņas kolēģi ievietoja paraugus iedobēs, kas iebūvētas plastmasas plāksnēs, un uztur tos metaboliski aktīvus. Pēc tam viņi pieliek mehānisku triecienu, kas atdarina to, kas notiek ceļa traumas gadījumā. Tas atbrīvo iekaisuma molekulas, kas pazīstamas kā citokīni, un sāk procesu, kas līdzīgs tam, kas notiek osteoartrīta gadījumā.
Kosmosā
Šajā darbā pētnieki ievietoja nanodaļiņas barotnē, kurā tiek mazgāti audu paraugi. Šo metodi viņi varētu izmantot arī turpmākajos eksperimentos ar kosmosa staciju, kas ir kļuvis par magnētu pētniekiem, kas pēta novecošanas slimības.
Zinātnieki gadiem ilgi ir zinājuši, ka cilvēka audi zemā Zemes orbītā noveco ātrāk nekā uz Zemes, lai gan iemesli ir nedaudz noslēpumaini. Vienā analīzē tika lēsts, ka astronautu muskuļi un kauli mikrogravitācijā atrofējas 10 reizes ātrāk.
Izdomāt, kā labot locītavu bojājumus, var būt izšķiroša nozīme turpmākajās ilgtermiņa kosmosa misijās.
Ar NIH un NASA finansējumu Grodzinska laboratorija nosūtīja ceļa skrimšļa-kaula aizbāžņu un sinovija audu paraugus uz SKS 2019. un 2020. gadā. Viņi cerēja noteikt, vai osteoartrītam līdzīgu slimību var ierosināt traukā, lai modelētu to, kas notiek ar cilvēkiem. pēc ceļgala traumas — izmantojot mikrogravitācijas vidi, lai izpētītu un likvidētu mehāniskos procesus darbā — un mēģinātu to ārstēt ar deksametazonu un IGF-1.
Viņš saka, ka sākotnējie rezultāti ir iepriecinoši. Pēdējā braucienā uz ISS laboratorija atklāja, ka abas zāles samazina bojājumus daudzos skrimšļa paraugos.
Tā kā lielākā daļa pētnieku mūsdienās uzsver, ka, visticamāk, nebūs nevienas burvju lodes, mēs uzskatām, ka spēja pārbaudīt zāļu kombinācijas in vitro ir svarīgs solis uz priekšu, saka Grodzinskis.
Dvivedi saka, ka darbs mikrogravitācijā var dot dividendes arī turpmākajām kosmosa misijām. Viņa saka, ka astronauti, kuri intensīvi vingro kosmosā, lai novērstu atrofiju, ko muskuļi un kauli mēdz ciest bezsvara apstākļos, trīs reizes biežāk gūst trieciena traumas nekā cilvēki uz Zemes, tāpēc izdomāt, kā labot locītavu bojājumus, var būt ļoti svarīgi. nākotnes ilgtermiņa kosmosa misijām.
Līdzjūtīga mentorings
Šķita, ka Grodzinskim vienmēr ir lemts atrast māju MIT.
Uzaudzis Longailendā, kur viņš apmeklēja valsts skolas plaukstošajā pēckara priekšpilsētā East Meadow, viņš dažkārt apmeklēja savu vecāko brāli Stīvenu Grodzinski 65, SM 67, Burton House. Viņš atceras, ka domāja: Man tas izskatās lieliski.
Viņš turpināja iegūt savu ScD pie nelaiķa Džeimsa Melhera, skolas Elektromagnētisko un elektronisko sistēmu laboratorijas direktora. Taču drīz sākās lejupslīde, un vienīgie amati, kas viņam tika piedāvāti, bija pēcdoktors ledainajā Saskačevanā un mūzikas un inženierzinātņu docents Brazīlijā. Viņa mentori, tostarp Ioannis Yannas, kurš vislabāk pazīstams ar mākslīgās ādas izgudrošanu, mudināja viņu palikt pie sevis, piedāvājot viņam skolotāja vietu elektrotehnikā. Kopš tā laika viņš strādā institūtā.
1995. gadā MIT izveidoja Biomedicīnas inženierijas centru, lai veicinātu pētniecību tolaik jaunā jomā. Trīs gadus vēlāk Grodzinskis tika iecelts viņa pašreizējā direktora amatā. Toreiz viņa fakultātes piederība mainījās uz jaunizveidoto Bioloģiskās inženierijas katedru ar kopīgām iecelšanām EECS un mašīnbūvē.
Grodzinskis uzskata, ka visi viņa sasniegtie pētniecības panākumi ir tiešs milzīgo doktorantu un pēcdoktorantu rezultāts, ko mēs varējām iegūt MIT. Viņi savukārt ir uzplaukuši viņa līdzjūtīgās mentoringa vadībā.
Bija prieks ar viņu strādāt, galvenokārt tāpēc, ka viņš sniedz jums lielu neatkarību, lai jūsu idejas varētu attīstīties, saka postdoc Dwivedi. Un neatkarīgi no tā, kas jūs esat un kurā karjeras posmā atrodaties, viņš jūs klausās ar vislielāko uzmanību un cieņu.
Grodzinskis un viņa sieva Geila, tagad Bostonas Bērnu slimnīcas bērnu neiropsiholoģe, satikās, spēlējot kamermūziku.
WEBB CHAPPELLViņa arī novērtē viņa personīgo atbalstu. Kad viņas vecāki Indijā aprīlī saslima ar Covid, viņš man deva pilnīgi brīvu laiku, lai palīdzētu par viņiem rūpēties, viņa stāsta.
Pašam Grodzinskim ir izdevies izvairīties no osteoartrīta, lai gan 74 gadu vecumā viņš ir slimības galvenajā riska kategorijā.
Iespējams, viņš prāto, tas ir tāpēc, ka mūziķa aizraušanās ir saglabājusi viņu mierīgu. Pēc klavierstundu stundām Trešās ielas mūzikas skolas apmetnē Ņujorkā viņš kļuva par MIT simfoniskā orķestra galveno altistu bakalaura gados. Viņš arī spēlēja ārštata stīgu kvartetos pēc ScD pabeigšanas un satika savu sievu Geilu, spēlējot kamermūziku.
Pēc tam, kad 18 gadu vecumā oficiāli spēra kāju universitātes pilsētiņā, viņš smaidot saka: kaut kā es nekad neesmu spējis atrast veidu, kā aizbraukt.