Используя перепрограммирование клеток, из образца крови или кожи можно получить так называемые индуцированные плюрипотентные стволовые клетки (iPS-клетки). Клетки тела возвращаются в эмбриональную стадию и затем снова могут дифференцироваться в огромное количество типов клеток, таких как сердечная мышца или клетки мозга.
Соответственно, ожидания от этих универсалов высоки. «Нервные клетки, полученные из iPS-клеток, в настоящее время являются наиболее привлекательным инструментом для исследования болезней мозга и фармацевтических исследований», – сказал профессор. Доктор. Оливер Брюстл из Института реконструктивной нейробиологии при университетской клинике Бонна (UKB).
Такие нервные клетки человека, полученные из iPS-клеток, могут значительно различаться. В зависимости от выбранного метода культивирования клеток и способа производства они по-разному реагируют в экспериментах. «Однако мы ищем модель клетки, которая способна давать те же результаты при повторении эксперимента», – объясняет доктор. Майкл Пайтц из команды Brustle.
Ведь результаты исследований должны быть статистически подтверждены.
По этой причине ученые UKB вместе с Институтом Макса Планка (MPI) экспериментальной медицины в Геттингене и Vrije Universiteit Amsterdam разработали и протестировали модель клеточной культуры, состоящую из одной нервной клетки, полученной из iPS-клеток человека с помощью высоко стандартизованного метод программирования ячейки. Этот «сингл» находится на глиальных клетках, которые являются естественными соседями нервных клеток и имеют решающее значение для их поддержания и функционирования.
Нервная клетка разговаривает сама с собой
Особенность: «Одиночные» клетки мозга разговаривают сами с собой, потому что их главное нервное волокно (аксон) подключается к отросткам той же нервной клетки. «В принципе, это одиночные нейроны с коротким замыканием», – объясняет доктор.
Кристина Ребах, один из ведущих авторов двух исследований Института реконструктивной нейробиологии UKB. Это позволяет ученым подслушивать «единственную» нервную клетку, которая разговаривает сама с собой.
Циркулярная передача сигнала между аксоном и соответствующим нейроном происходит через синапсы. Это интерфейсы, на которых электрические сигналы вызывают выброс веществ-переносчиков, которые снова приводят к электрическим импульсам на стороне приемника.
Здесь сигналы можно усилить или ослабить. Ученые из MPI в Геттингене и Vrije Universiteit Amsterdam проверили, как эта одноклеточная модель ведет себя в экспериментах по стимуляции. Они использовали как нейроны, ответственные за возбуждение в головном мозге, так и тормозящие нервные клетки. «Мы смогли продемонстрировать, что эта модель, состоящая только из одной нервной клетки, дает хорошо воспроизводимые данные в функциональных тестах и, таким образом, представляет собой очень хорошую основу для высокопроизводительных экспериментов», – говорит проф. Доктор.
Маттейс Верхаге из Амстердамского университета Врие.
Различные приложения
Исследовательская группа видит множество возможных применений модели «одиночной» нервной клетки. Его можно использовать для изучения механизмов заболевания. «Например, если белок в синапсе изменен мутацией гена, последствия для передачи сигнала можно наблюдать непосредственно в этой модели», – сказал проф. Brustle. Еще одно преимущество заключается в том, что iPS-клетки, перепрограммированные из кожи или крови пациентов, можно использовать для создания нейронов с особенностями, характерными для болезни и пациента.
Клеточная модель может представлять особый интерес для фармацевтических исследований, поскольку она стандартизирована, масштабируема и применима к широкому спектру заболеваний головного мозга.
«Превосходное сотрудничество различных исследовательских групп в этом проекте показывает, что сочетание технологии стволовых клеток и функциональной биологии синапсов открывает совершенно новые перспективы», – говорит проф.
Доктор. Чон Сеоп Ри из ЛПУ экспериментальной медицины в Геттингене.
Все три исследовательские группы работают вместе в европейском совместном проекте COSYN.