Valentina Casadei

Neurons.

Brain regeneration and ReAnima Project: Bioquark interview

Cinema and TV series often propose as main characters “living cadavers”, even known as zombies, or superheroes able to regenerate any part of their body .

But if this eventuality would be really possible?

Close-up Engineering interviewed Bioquark Inc., the American company that deals with research, study and implementation of biologics targeted to cell regeneration and the real cure of diseases that, until now, can only be soothed, such as Parkinson or Alzheimer.

Ira S. Pastor - Chief Executive Officer
Ira S. Pastor – Chief Executive Officer.
PH: ©Reanima

WHAT’S BIOQUARK?

As the CEO Ira S. Pastor said:

Bioquark Inc is an American company founded in 2007, located in Philadelphia, Pennsylvania, and funded by entrepreneurs of the Eastern United States”.
The company is involved in research and implementation of biological drugs with properties of endogenous regeneration and repair of tissues. Exactly, it introduces the concept of epimorphism.
Epimorphism, or epimorphic regeneration, consists in the ability to literally regrow part of a fabric starting from an
“undifferentiated” and causing it to proliferate until reaching the right size; that is, explains Ira, that “the cells may be able to cancel their previous history to become the missing piece”.
“The research program is carried out within the Bioquark” continues to explain Ira “and it is focused on the study of the genome of living beings that have the ability to repair and regenerate entire sections of the brain and brain stem, starting even from serious trauma. We are talking about amphibians, reptiles, fish and small mammals“.

 

Bioquark production
Bioquark production.
©Bioquark

In particular, amphibians are animals with high capacity for regeneration: in fact can revive not only arts, but also spine, liver and parts of the brain.
Even in humans and mammals they have occurred tissue reconstruction phenomena, even if in a more limited form, although recent medical advances have achieved positive results in the regenerative response of the central nervous system.
Methods for testing in order to cope with neurological diseases also include the use of stem cells, but they haven’t yet yielded the expected results, due to many causes such as poor efficiency of transplantation, pathogenic or not enough immune activity.
The aim of the study was to have as ultimate goal the ability to initiate a regenerative response directly from the patient, using its own cells.
For this purpose has been studied as an animal model, the zebrafish, known for its well-known ability to regenerate all parts of the brain.
The results obtained can be of great assistance in understanding the “molecular programs” that stem cells and progenitor follow in order to reconstruct the lost neurons and understand how to study the biology of the central nervous system of vertebrates.

 

Both in humans and other living beings there is a particular feature of the nervous system: the memory.
We can imagine the brain as a computer: before you change “parts” of a PC you have to save all the information needed in an external memory in order not to lose them.
But “what are the dynamics of memory in the regeneration of the brain?”, Or what happens in small mammals that are able to regenerate brain tissue?
The answer to this argument is still unknown, but it has been hypothesized that there is a more strong structure of the brain that acts as a “backup” storage medium during regeneration.
As already said, the ultimate goal of this research will be to create the possibility of inducing the same tissues in situ, using combinations of soluble molecules and/or regeneration models, although applicants questions on “when it will be possible to regrow a limb” lead vague answers and they do not offer a definite answer.
The cause for which frogs, birds and most mammals are devoid of this capacity could involve the immune system, the loss of regenerators genes or the ability to create inhibitors for regeneration, but everything is still in the research stage and deepening.

THE REANIMA PROJECT

Recently in the Bioquark family was born the ReAnima Project, which involves many experts in medicine and technology, whose common goal is the research on neural and vascular regeneration of subjects in condition of “brain death”.
Brain death is defined by the Uniform Determination of Death Act (UDDA) -a law passed in the US in 1981 and adopted by most of the country to “establish comprehensive bases and medical mold for the determination of death in any situation” – and is understood as a complete and irreversible loss of brain function (including involuntary activities).
This definition is used to determine a patient clinically and legally dead, although these inconsistencies: in fact, some parts of the brain can continue to live while others die.

“I always believed that scientific progress happened in a very linear narrative, with each new discovery supporting the next, resulting ultimately in an eventual stairway of scientific enlightenment”
– Ira S. Pastor

“To undertake such a complex initiative” explains Ira “we are combining biologic regenerative medicine tools (Bioquark’s reprogramming biologics as well as autologous stem cells), with other existing medical devices typically used for stimulation of the CNS in patients with other severe disorders of consciousness (coma/PVS) such as median nerve stimulation and transcranial IV laser.”

 

Researcher-test
Researcher-test.
©Bioquark

After the IRB approval (Institutional Review Board – an ethical resolution, designated for the approval and monitoring of research involving human beings)for the first
20 subjects of the company “We hope to begin recruiting patients as possible with this first site” tells us the same
Ira “we are working with hospitals to identify families where there is a religious or medical obstacle to organ donation, which can be considered as an alternative this project as a pure search for scientific progress.”

High resolution FMRI of the Human Brain.
High resolution FMRI of the Human Brain.
©Bioquark

“In the near future” always keeps the managing director, “we hope to complete all projects and to publish important results and significant (in the next 2-3 months), which give way to a second research protocol, which will aim the real cure of neurodegenerative conditions and often fatal diseases, such as coma, Alzheimer’s, Parkinson’s, ALS, MS, and more.“
Trying to go beyond the true meaning of irreversibility, whose definition given by Harvard has been in place since 1968, we must think that we live almost 50 years later and above in a completely different technological age; today we are able to restart with success heartbeat and respiration.
In the US, research on the “living cadaver” has been ongoing for several decades and there have been reports of survivors from brain death, especially in young subjects.

We enclose the Publications link supplied to us by the same Ira, who commented these episodes asserting that “in this field of study is not black or white, but with the suitable technologies is a road that must be tread.”

http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/19818943
http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/20492393
http://jnnp.bmj.com/content/35/1/103.abstract
http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/7651788

 

In collaboration with Raffaele Salvemini

Neurons.

Rigenerazione cerebrale e Reanima: intervista alla Bioquark

Il cinema e le serie tv, spesso e volentieri, ci propongono come protagonisti i cosiddetti “morti viventi”, altresì conosciuti come zombie, o addirittura supereroi in grado di rigenerare qualunque parte del loro corpo.

Ma se questa eventualità fosse realmente possibile?

Close-Up Engineering ha intervistato l’azienda americana Bioquark Inc. che si occupa di ricerca, studio e implementazione di farmaci biologici mirati alla rigenerazione cellulare e alla vera e propria cura di malattie che fino ad oggi possono essere solo lenite, come ad esempio il Parkinson o l’Alzheimer.

Ira S. Pastor - Chief Executive Officer
Ira S. Pastor – Chief Executive Officer.
PH: ©Reanima

 

Cos’è la Bioquark?

 

Come ci viene spiegato dall’amministratore delegato Ira S. Pastor

Bioquark Inc è una società americana fondata nel 2007, situata a Philadelphia in Pennsylvania e finanziata da imprenditori della costa orientale degli Stati Uniti.”

L’azienda si occupa di ricerca e implementazione di farmaci biologici con proprietà di rigenerazione endogena e riparazione di tessuti.
Più precisamente, viene introdotto il concetto di epimorfosi.

L’epimorfosi, o rigenerazione epimorfica, consiste nella capacità di far letteralmente ricrescere parte di un tessuto partendo da uno “indifferenziato” e facendolo proliferare fino al raggiungimento della giusta dimensione; vale a dire, come spiega Ira, che “le cellule potrebbero essere in grado di cancellare la loro storia precedente per trasformarsi nella parte mancante.”

“Il programma di ricerca che viene svolto all’interno della Bioquark” continua a spiegare Ira “è focalizzato sullo studio del genoma di esseri viventi che possiedono la capacità di poter riparare e rigenerare intere sezioni di cervello e del tronco cerebrale, partendo anche da gravi traumi. Si parla di anfibi, rettili, pesci e piccoli mammiferi.”

 

Bioquark production
Bioquark production.
©Bioquark

In particolare, è risaputo che gli anfibi siano degli animali con alte capacità di rigenerazione: possono infatti far rinascere non solo arti,ma anche spina dorsale, fegato e parti di cervello.

Persino nell’essere umano e nei mammiferi si sono verificati fenomeni di ricostruzione tissutale anche se in forma più limitata, sebbene i recenti progressi della medicina abbiano conseguito risultati positivi nella risposta rigenerativa del sistema nervoso centrale.

I metodi in sperimentazione per poter far fronte a patologie neurologiche comprendono anche l’uso delle cellule staminali, ma non hanno ancora dato i risultati sperati, per diversità di cause come scarsa efficienza dei trapianti, patogenicità o per attività immunitaria insufficiente.
L’obiettivo dello studio è stato quello di avere come scopo ultimo la capacità di avviare una risposta rigenerativa direttamente dal paziente, cioè utilizzando le suestesse cellule.
A tal fine è stato studiato come modello animale il pesce zebra, conosciuto per le sue note capacità nel rigenerare tutte le parti del cervello.
I risultati ottenuti possono essere di grande supporto per capire i “programmi molecolari” che le cellule staminali e quelle progenitrici seguono per poter ricostruire i neuroni persi e capire come poter studiare la biologia del sistema nervoso centrale dei vertebrati.

Sia nell’uomo che negli altri esseri viventi esiste una caratteristica particolare del sistema nervoso, ovvero la memoria.
Possiamo immaginare il cervello alla stregua di un computer: prima di cambiarne “i pezzi” di un PC è necessario salvare tutte le informazioni necessarie in una memoria esterna, al fine di non perderli.
Ma “quali sono le dinamiche della memoria nella rigenerazione del cervello?”, ovvero cosa succede nei piccoli mammiferi che sono in grado di rigenerare i tessuti cerebrali?
La risposta a questo argomento è ancora sconosciuta,ma è stato ipotizzato che esista una struttura più resistente del cervello che funga da supporto di memorizzazione “backup” durante la rigenerazione.

Come già accennato, il fine ultimo di queste ricerche sarà quello di creare la possibilità di indurre i tessuti stessi in situ, tramite combinazioni di molecole solubili e/o modelli di rigenerazione, sebbene domande ricorrenti sul “quando sarà possibile far ricrescere un arto” portano a risposte vaghe e che non offrono una risposta sicura.

La causa per cui rane, uccelli e la maggior parte dei mammiferi siano sprovvisti di questa capacità potrebbe coinvolgere il sistema immunitario, la perdita di geni rigeneratori o la possibilità di creare inibitori per la rigenerazione, ma è ancora tutto in fase di ricerca e approfondimento.

IL PROGETTO REANIMA

Recentemente nella famiglia della Bioquark è nato il Progetto ReAnima , che vede il coinvolgimento di numerosi esperti in campo medico e tecnologico, il cui obiettivo comune è la ricerca sulla rigenerazione neuronale e vascolare di soggetti in condizione di “morte cerebrale”.
La morte cerebrale, definita dal Uniform Determination of Death Act (UDDA) -una legge approvata negli Stati Uniti nel 1981 e adottata dalla maggior parte del Paese per “definire basi complete e di stampo medico per la determinazione della morte in ogni situazione”- viene intesa come una completa e irreversibile perdita delle funzioni cerebrali (incluse attività involontarie).
Tale definizione viene utilizzata per poter stabilire un paziente clinicamente e legalmente morto, sebbene presenti delle incoerenze: di fatti, alcune parti del cervello possono continuare a vivere mentre altre muoiono. 

“Ho sempre creduto che il progresso scientifico sia avvenuto seguendo un filo logico, in cui ogni scoperta supporta la prossima, creando una vera e propria via di illuminazione scientifica”
– Ira S. Pastor

“Per intraprendere un’iniziativa di tale complessità” spiega Ira “i ricercatori stanno combinando strumenti di medicina rigenerativa (farmaci di rigenerazione della Bioquark, così come le cellule staminali autologhe) con altri dispositivi medici che tipicamente vengono utilizzati per la stimolazione del sistema nervoso centrale in pazienti in coma, come ad esempio la stimolazione del nervo mediano e laser transuranico di IV generazione.”

 

Researcher-test
Researcher-test.
©Bioquark

In seguito all’ottenuta approvazione della IRB ( institutional review board – cioè un via libera etico, designato per l’approvazione e il monitoraggio di ricerche che coinvolgono l’essere umano) per i primi 20 progetti che l’azienda ha in serbo “ci auguriamo di incominciare a reclutare più pazienti possibile grazie a questo primo sito” ci racconta lo stesso Ira “stiamo lavorando con enti ospedalieri per identificare famiglie in cui ci sia un ostacolo religioso o medico per la donazione degli organi, che in alternativa possano considerare questo progetto come pura ricerca per il progresso scientifico”.

High resolution FMRI of the Human Brain.
High resolution FMRI of the Human Brain.
©Bioquark

“Nel futuro prossimo” continua sempre l’amministratore delegato “ci auguriamo di completare tutti i progetti e di poter pubblicare risultati importanti e significativi ( nei prossimi 2-3 mesi), con cui dare il via ad un secondo protocollo di ricerca, che mirerà alla cura vera e propria di malattie neurodegenerative e condizioni spesso irreversibili, come il coma, l’Alzheimer, il Parkinson, ALS, MS e tanto altro.”

Cercando di andare oltre il vero significato di irreversibilità, la cui definizione data da Harvard è in vigore dal 1968, si deve pensare che viviamo quasi 50 anni dopo e soprattutto in un’epoca tecnologica completamente diversa; di fatti, oggi si è in grado di far ripartire con successo sia il battito cardiaco che la respirazione.
Negli Stati Uniti la ricerca sul “cadavere vivente” è in corso da parecchi decenni e sono stati segnalati casi di reversibilità dalla morte cerebrale, soprattutto in soggetti giovani.
Alleghiamo i link delle pubblicazioni fornitici dallo stesso Ira, il quale commenta questi episodi asserendo che “in questo campo di studio non esiste bianco o nero, ma con le dovute tecnologie è una strada che deve essere percorsa.”

http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/19818943
http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/20492393
http://jnnp.bmj.com/content/35/1/103.abstract
http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/7651788

 

In collaborazione con Raffaele Salvemini

Nanotecnologia

Nanotecnologia: cancro sempre più curabile

La nanomedicina è l’applicazione medica della nanotecnologia, ossia una branca del campo tecnologico che progetta e realizza dispositivi con dimensioni inferiori al nanometro( cioè un miliardesimo di metro ), come ad esempio strumenti diagnostici e sistemi farmacologici.
Lo scopo dell’utilizzo di dimensioni così ridotte, che si aggirano intorno a 1/80.000 dello spessore di un capello, è che possono interagire a livello fisico con ciò che abbiamo di più piccolo nel nostro organismo: le cellule, le quali possiedono un un diametro che va all’incirca dai 10.000 ai 20.000 nanometri.
Gli scienziati in campo biomedicale lavorano su dimensioni intorno ai 100 nanometri, permettendo così ai propri “prodotti” di entrare nelle cellule e interagire, volendo, anche con il DNA stesso.

Marco Foiani, biologo molecolare.
Marco Foiani, biologo molecolare.
wisesociety.it

Marco Foiani, direttore dell’Istituto FIRC di oncologia molecolare e vicepresidente del Centro europeo di nanomedicina (CEN), spiega che un’applicazione pratica della nanotecnologia potrebbe essere lo sviluppo di nanosensori “capaci di identificare i marcatori biologici di una malattia”, come ad esempio il cancro, ma non solo.
Tuttavia, la vera sfida non risiede nell’idea in sè, quanto nello studio dell’interazione tra la tecnologia in questione e l’ambiente biologico; a dimensioni così ridotte, infatti, le nanoparticelle obbediscono ad una fisica diversa da quella classica, che pertanto deve essere studiata accuratamente nei minimi dettagli, come già sta accadendo.
Inoltre, a dimensioni tali, le nanoparticelle potrebbero essere espulse dall’organismo ancor prima che possano compiere il loro lavoro, rendendo vano l’intero esperimento.

Il cancro

“La malattia oggi può essere riconosciuta, nella maggior parte dei casi, solo quando assume dimensioni macroscopiche ma noi sappiamo che è provocata, ai suoi esordi, da alterazioni molecolari a livello del DNA”

spiega sempre Marco Foiani.
Come già detto, il cancro deriva da alterazioni molecolari nel DNA e la vera svolta avverrebbe nel caso in cui le nanoparticelle potessero penetrare all’interno delle cellule, così da scoprire l’origine di questa alterazione molto prima che si formino ammassi tumorali più o meno consistenti.
A tal proposito, i ricercatori della Wake Forest Baptist Medical Center, nel North Carolina, hanno messo a punto una nuova tecnologia che permette di rilevare la malattia attraverso i suoi biomarcatori in forma di acidi nucleici.

“Immaginiamo questa tecnologia come un punto di partenza fondamentale e una forma di diagnostica non invasiva che possa rilevare qualunque tipo di malattia,dal cancro al virus dell’Ebola”

ha asserito Adam R. Hall, Ph.D., assistente professore di ingegneria biomedica al Wake Forest Baptist e principale autore dello studio.
Gli acidi nucleici sono costituiti da sequenze ben precise di basi e si estendono in catene più o meno lunghe, con un ordine esatto; sono, inoltre, i portatori delle caratteristiche genetiche di ogni individuo.
L’ordine seguito dalle basi dipende strettamente dalle loro funzioni: ciò significa che, studiandolo, è possibile comprendere ciò che sta succedendo all’interno delle cellule e, di conseguenza, dei tessuti stessi.
Per fare un esempio, gli acidi nucleici noti come microRNAs sono costituiti da circa 20 basi, ma il loro diverso ordine nella catena può segnalare la presenza di una vasta gamma di malattie, compreso il cancro.

Lo scopo dello studio è proprio quello di cercare di individuare, attraverso le nanoparticelle, la presenza di una sequenza ben precisa di acidi nucleici che costituisca un possibile “bersaglio”: nel caso sia presente verrebbe percepito un segnale, in caso contrario non si avrebbe nulla.
In un secondo momento, semplicemente contando il numero dei segnali, si può determinare la dimensione del suddetto “bersaglio”.

Nanoparticelle attaccano il cancro
Nanoparticelle attaccano il cancro.
https://taawaciclos.wordpress.com

Lo studio ha dimostrato che questa tecnica può essere effettivamente utilizzata con successo, tanto che è stata testata per identificare il microRNA ( mi-R155 ), conosciuto come identificatore del cancro polmonare negli esseri umani.
D’altro canto la diagnostica non è l’unico ambito in cui si può usufruire delle nanotecnologie: possono essere utilizzate anche nella cura stessa del cancro.

I metodi convenzionali di trattamento mediante radioterapia sono spesso tossici per l’organismo a causa dell’esposizione ad un alto dosaggio di radiazioni, al fine di raggiungere efficacemente la maggior parte degli ammassi tumorali; ciò, tuttavia, causa effetti collaterali anche sulle parti sane dell’organismo.
Con lo sviluppo della nanotecnologia si potrebbe sfruttare un nano dispositivo che non solo funga da veicolo per il medicinale, ma che sia anche in grado di attaccare selettivamente le cellule malate, trascurando quelle sane.
Il concetto di selettività risulta quindi essere davvero importante e fondamentale.

 

Trattamento del cancro con nanoparticelle
Trattamento del cancro con nanoparticelle.
www.slideshare.net

Questo permetterebbe al paziente di essere esposto ad una quantità significativamente minore di radiazioni rispetto a ciò che avviene attualmente, in quanto ne verrebbe utilizzata una quantità necessaria solo ad attivare le nanoparticelle ( precedentemente iniettate direttamente nel tumore), le quali produrrebbero molti più radicali liberi localizzati sulle cellule infette, preservando quelle sane.

Ian Burkhart prepares for a training session

“Nervi nuovi” per uscire dalla paralisi

La paralisi (totale o parziale) è una condizione del corpo umano che vede la perdita della funzione motoria, dovuta o alla lesione di nervi o ad una patologia del sistema nervoso e delle fibre muscolari.
Nella maggior parte dei casi è una condizione irreversibile, come nel caso di Ian Burkhart, un ragazzo dell’Ohio rimasto paralizzato in seguito ad un incidente all’età di 19 anni(oggi ventiquattrenne), che gli ha causato la rottura del collo al livello C5 (cioè la quinta vertebra) e quindi l’impossibilità di usufruire di gambe e mani.
Da oggi, Ian potrà gradualmente riacquistare il controllo degli arti danneggiati, grazie al progresso scientifico in campo medico, considerando questa innovazione come una pietra miliare nell’evoluzione della tecnologia di interfaccia cervello-computer.

“Questa è stata la domanda da un milione di dollari: vuoi sottoporti ad un intervento cerebrale o qualcosa che non ti possa portare alcun beneficio? Ci sono molti rischi.
E’ stato un qualcosa su cui ho dovuto pensare molto a lungo, ma dopo aver parlato con tutto il team e le persone coinvolte, sapevo di essere in ottime mani.”

Ian è stato il primo paziente a sottoporsi a questa novità tecnologica, che consiste nel bypassare letteralmente il midollo spinale danneggiato, per poter mandare impulsi agli arti in disuso.
Nella corteccia motoria è stato impiantato, dai chirurghi, un piccolissimo chip in grado di prelevare i segnali elettrici che controllano i movimenti della mano.
I segnali vengono poi convertiti da un computer in base a ciò che Ian pensa di voler fare e inviati ai 130 elettrodi posti sul suo avambraccio, in un apposito manicotto.
Gli elettrodi, attraverso la pelle, inviano i segnali ai muscoli sottostanti, permettendone così l’attività motoria, sintonizzati su ciò che Ian desidera fare.

come funzionano i “nuovi” nervi?

Come funziona il bypass
Come funziona il bypass.
www.dailynew.co.uk

Nonostante i segnali del movimento (dal cervello al braccio) siano letteralmente bloccati per via della rottura del canale di passaggio delle informazioni (le vertebre), i nervi del braccio sono, di fatto, intatti e funzionanti. L’impianto nella corteccia motoria(1) invia i segnali attraverso una “via esterna”, che, tramite un cavo(2), collega Ian ad un computer, il quale impara letteralmente ad interpretare i desideri e i
potenziali movimenti.

I segnali elaborati dal computer vengono successivamente inviati ai 130
elettrodi(3) posti sul suo avambraccio che, stimolando i muscoli, permettono il movimento(4).

Impostazione dell'esperimento e modulazione neurale
Impostazione esperimento e modulazione neurale.
www.nature.com

Il risultato dell’intero esperimento non è stato di certo immediato.
Come spiega lo stesso Ian, è stato investito tantissimo tempo per poter capire come mettere in pratica banali azioni che si compiono quotidianamente, come ad esempio il solo pensare di muovere un dito e farlo.
Dopo estenuanti sedute di pratica che lo hanno portato a padroneggiare sempre di più i “nuovi nervi” , Ian rinomina questa esperienza come “una seconda natura”.

“Il sogno più grande sarebbe quello di riavere indietro l’uso di entrambe le mani, perché questo mi renderebbe molto più indipendente e mi permetterebbe di non far affidamento su
persone per attività che, giorno per giorno, si prendono per scontate.”

Al momento gli scienziati stanno lavorando per poter portare questa tecnologia al di fuori dell’ambito ospedaliero e di laboratorio, cercando di arrivare ad una tecnologia wireless, in modo da poter far avverare non solo il desiderio di Ian, ma di migliorare la vita di tantissimi pazienti paralitici.


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