מדענים מפתחים כלים מתקדמים להבין ולטפל בתסמינים נוירולוגיים כמו ערפל מוחי הקשור למחלות בדרכי הנשימה כמו שפעת. הרשות למחקר ופיתוח ביו-רפואי מתקדם (BARDA), חלק מהמינהל למוכנות ותגובה אסטרטגית (ASPR) בתוך משרד הבריאות והשירותים האמריקני (HHS), העניקה חוזה לשלוש שנים לחוקרים מאוניברסיטת רוצ'סטר לפתח טכנולוגיה למודל השפעות של מחלות בדרכי הנשימה על המוח ולבחון תרופות טיפוליות למניעה ולטפל בתסמינים. שנת הבסיס ממומנת ב-2.4 מיליון דולר עם שתי שנות אופציות שאם ממומנות במלואן, יסתכמו ב-7.1 מיליון דולר.
הפרויקט ישתמש במערכות מיקרופיזיולוגיות (MPS)-; שבבים קטנים עם ממברנות דקות במיוחד התומכות ברשתות תלת-ממדיות של תאים אנושיים, הידועים גם בשם "שבבי רקמה" – כדי לדמות זיהום וטיפול במבחנה. שבבי רקמה אלה ישלבו מודלים של רקמת ריאות ומוח אנושיים.
"זהו צעד נוסף לקראת הפיכת מודלים של מחלות וגילוי תרופות להתמקד מההתחלה במערכות מורכבות יותר, הרלוונטיות לאדם", אומר החוקר הראשי בנג'מין מילר, פרופסור דיקן לדרמטולוגיה ברוצ'סטר עם מינויים משותפים בהנדסה ביו-רפואית, ביוכימיה וביופיזיקה , אופטיקה ומדעי החומרים.
השבבים האלה יכולים לעזור להפוך את כל תהליך גילוי התרופות למהיר יותר".
בנג'מין מילר, אוניברסיטת רוצ'סטר
הפרויקט מתבסס על העבודה במרכז התרגומי של רוצ'סטר שהוקם לאחרונה למערכות מיקרופיזיולוגיות של מחסומים (TraCe-bMPS) לבניית כלים לפיתוח תרופות מוסמכים ל-FDA לחקר תפקודי המחסום של הגוף במלחמה במחלות. המרכז הוקם מוקדם יותר השנה עם מענק של 7.5 מיליון דולר מהמכונים הלאומיים לבריאות.
חוקר שותף ג'יימס מקגראת', פרופסור להנדסה ביו-רפואית ויליאם ר. קינן ג'וניור ומנהל TraCe-bMPS, השתמש במערכות מיקרופיזיולוגיות כדי לחקור את המנגנון שבאמצעותו גורמים דלקתיים יכולים לחדור למוח דרך מחזור הדם ולגרום לפציעה. הפרויקט החדש במימון BARDA יקשר שניים מהשבבים המודולריים, הניתנים לייצור המוני, של McGrath המתמחים לחקות איברים שונים.
"הפרויקט הזה יחבר את שבב ה'מוח' הזה במעלה הזרם של שבב שני שמדגים מקור נפוץ לאותם גורמים מזיקים: הריאה הנגועה", אומר מקגראת'. "אני נרגש לעבוד עם צוות בינתחומי של רוצ'סטר ועם BARDA כדי לפתח את מה שיהיה כלי חדש וחשוב מבחינה מדעית."
בדומה ל-Long COVID, וירוסים נפוצים כמו שפעת יכולים לייצר תסמינים כרוניים כמו ערפל מוחי, עייפות וכאב מתמשך. הפרויקט מציע דרך חדשה לחקור את הקשר בין הריאות והמוח.
"דרכי הנשימה, עם הצינורות הסלולריים, ההומוראליים והקשיחים שלה למוח, עומדות כקו ההגנה הראשון מפני איומים זיהומיים מתהווים מזרימה זואונוטית", אומר החוקר השותף האריס "הנדי" גלברד, מנהל המרכז ל- גילוי נוירותרפי במרכז הרפואי של אוניברסיטת רוצ'סטר. "אנחנו ומשתפי הפעולה שלנו, בתמיכת המכון הלאומי להזדקנות, עבדנו בשנים האחרונות כדי לחקור את המנגנונים הללו בתקווה ליישם חומרים טיפוליים לשיפור מחלות נוירולוגיות, במיוחד בקשישים הפגיעים לזיהומים אלה. כעת, עם צוות ברמה עולמית של מומחים פנימיים בפיתוח מעבדות-על-שבב, יש לנו את ההזדמנות הייחודית לעקוב במהירות את המחקר שלנו בשבב חדש מריאה למוח."
דיוויד דין, פרופסור לרפואת ילדים, הנדסה ביו-רפואית ופרמקולוגיה ופיזיולוגיה, חקר את תהליכי המחלה המובילים לתסמונת מצוקה נשימתית חריפה (ARDS) בתקווה לפתח טיפולים חדשים למחלה ההרסנית הזו.
"הלימוד הזה דרש מאיתנו להשתמש בתאים מתורבתים מהריאה, אבל כמעט תמיד, אלה גדלים ונחקרים בעצמם, וזה לא קרוב למצב בריאות שבו למעלה מ-40 סוגי תאים שונים מתקיימים יחד ומקיימים אינטראקציה כדי לאפשר לנו לחיות. לכן, זה יותר מדי פשטני של מודל", אומר דין, חוקר שותף בפרויקט. "בקצה השני, השתמשנו במודלים של בעלי חיים כדי לבדוק השערות ותרופות בפיתוח, אבל כל כך קשה לשלוט במודלים האלה ולהבין כי כל כך הרבה דברים שונים מתרחשים, וקשה לייחס תגובה ל מסלול יחיד, המוביל למערכת שהיא כמעט מסובכת מדי".
לדבריו, הגישה החדשה היא פתרון win-win שיאפשר לחוקרים לחקות אינטראקציות מורכבות בין סוגי תאים מרכזיים בריאות אך בצורה מבוקרת.
דיוויד טופהם, הפרופסור של מארי קורן ווילסון וג'וזף צ'מברליין ווילסון למיקרוביולוגיה ואימונולוגיה ומנהל המכון לאימונולוגיה מתרגמת ומחלות זיהומיות ישמשו גם כחוקר שותף והאני עוואד, הפרופסור הנכבד דונלד ומרי קלארק לאורטופדיה ופרופסור של הנדסה ביו-רפואית, ישמש כיועץ. הצוות יעבוד עם חברות הספינאוט Phlotonics מאוניברסיטת רוצ'סטר כדי לעשות מכשור עם תפוקה בינונית ו-SIMPore כדי לפתח את השבבים.
הפרויקט יימשך שלוש שנים, ועד סוף השנה הראשונה, הצוות שואף לקשר את מערכות שבבי הרקמה עם תאי מערכת החיסון, להדגים שהם יכולים להדביק את שבב הריאה בשפעת ולצפות בתגובה דלקתית בשבב המוח. פרויקט זה נתמך במלואו או בחלקו בכספים פדרליים ממשרד הבריאות ושירותי האנוש; מינהל למוכנות אסטרטגית ולתגובה; הרשות למחקר ופיתוח ביו-רפואי מתקדם (BARDA), תחת חוזה מספר 75A50124C00040.
נבחרי הציבור מביעים תמיכה בפיתוח טכנולוגי חדשני
הסנאטור האמריקני צ'רלס שומר: "אני נרגש לראות את החוקרים שלנו מובילים את הממונה על חדשנות רפואית פורצת דרך עם פרס משמעותי זה בסך 7.1 מיליון דולר ממשרד הבריאות ושירותי האנוש. ההשקעה הזו מדברת רבות על המחקר ברמה עולמית שמתרחש כאן ברוצ'סטר. על ידי פיתוח שבבי מיקרו אשר לחקות רקמת מוח וריאה, המדענים שלנו חלוצים בדרכים חדשות להבין ולהילחם במחלות בדרכי הנשימה והשפעתן על המוח למחקר חדשני זה יש פוטנציאל לחולל מהפכה בגישה שלנו לטיפול במחלות אלו, ולסלול את הדרך לטיפולים יעילים יותר. בסופו של דבר להציל חיים, אני נשאר מחויב לתמוך בתמיכה פדרלית חזקה להתקדמות מדעית שיכולה לשנות את עתיד שירותי הבריאות ולשפר את תוצאות בריאות הציבור.
הסנאטורית האמריקאית קירסטן גיליברנד: "חוקרים מאוניברסיטת רוצ'סטר מובילים את המשימה במודלים של מחלות וגילוי תרופות. חוזה זה של 7.1 מיליון דולר מ-HHS יסייע לחוקרים מאוניברסיטת רוצ'סטר לפתח את הטכנולוגיה המתקדמת ביותר למודל השפעות של מחלות בדרכי הנשימה ולמצוא דרכים למנוע ולטפל בסימפטומים אני אמשיך להילחם כדי להבטיח משאבים פדרליים כדי לתמוך בעבודה החדשנית של חוקרים באוניברסיטת רוצ'סטר."
חבר הקונגרס ג'ו מורל: "אוניברסיטת רוצ'סטר ממשיכה להניע מחקר פורץ דרך, חדשנות והתקדמות מדעית בעולם הרפואה. הפרס הפדרלי המשמעותי הזה הוא הוכחה נוספת למנהיגות ולפוטנציאל הבלתי מוגבל שלהם. אני מברך את צוות החוקרים שלהם על הישגיהם הבולטים שישנו את הדרך שבה אנו נלחמים במחלות".
