«Самая большая проблема для восстановления мозга заключается в том, что нейроны не регенерируют после повреждения мозга, потому что они не делятся», – сказал Гонг Чен, профессор биологии и Верн М. Уилламан Кафедра наук о жизни в Пенсильванском университете и руководитель исследовательской группы. "Напротив, глиальные клетки, которые собираются вокруг поврежденной ткани мозга, могут размножаться после травмы головного мозга. Я считаю, что превращение глиальных клеток, которые являются соседями мертвых нейронов, в новые нейроны – лучший способ восстановить утраченные нейронные функции."
Команда Чена ранее опубликовала исследование, описывающее последовательность из девяти небольших молекул, которые могут напрямую преобразовывать глиальные клетки человека в нейроны, но большое количество молекул и специфическая последовательность, необходимая для перепрограммирования глиальных клеток, усложняют переход к клиническому лечению. В текущем исследовании команда проверила различные количества и комбинации молекул, чтобы определить оптимизированный подход к перепрограммированию астроцитов, типа глиальных клеток, в нейроны.
«Мы определили наиболее эффективную химическую формулу среди сотен проверенных нами комбинаций лекарств», – сказал Цзю-Чао Инь, аспирант биологии в Pen State, который определил идеальную комбинацию малых молекул. «Используя четыре молекулы, которые модулируют четыре важнейших сигнальных пути в человеческих астроцитах, мы можем эффективно превратить человеческие астроциты – до 70 процентов – в функциональные нейроны."
Полученные химически преобразованные нейроны могут выжить более семи месяцев в лабораторной культуральной посуде. Они образуют надежные нейронные сети и отправляют друг другу химические и электрические сигналы, как это делают нормальные нейроны внутри мозга.
Использование трех небольших молекул вместо четырех также приводит к превращению астроцитов в нейроны, но коэффициент конверсии падает примерно на 20 процентов.
Команда также попыталась использовать только одну из молекул, но этот подход не вызвал конверсии.
Чен и его команда ранее разработали технологию генной терапии для преобразования астроцитов в функциональные нейроны, но из-за чрезмерной стоимости генной терапии, которая может стоить пациенту полмиллиона долларов или больше, команда придерживалась более экономичных подходов. превращать глиальные клетки в нейроны.
Система доставки для генной терапии также более сложна, требуя инъекции вирусных частиц в организм человека, тогда как небольшие молекулы в новом методе могут быть химически синтезированы и упакованы в таблетки.
«Самым значительным преимуществом нового подхода является то, что таблетки, содержащие небольшие молекулы, могут быть широко распространены в мире, даже в сельских районах, где нет современных больничных систем», – сказал Чен. "Моя главная мечта – разработать простую систему доставки лекарств, например таблетку, которая может помочь пациентам с инсультом и болезнью Альцгеймера по всему миру регенерировать новые нейроны и восстановить утраченные способности к обучению и памяти."
Исследователи признают, что многие технические проблемы еще предстоит решить, прежде чем можно будет создать лекарство, использующее небольшие молекулы, включая особенности упаковки и доставки лекарств. Они также планируют изучить потенциальные побочные эффекты этого подхода в будущих исследованиях, чтобы разработать самые безопасные лекарственные таблетки.
Тем не менее, исследовательская группа уверена, что эта комбинация молекул имеет многообещающие последствия для будущих лекарственных препаратов для лечения людей с неврологическими расстройствами.
«Наши годы усилий по открытию этой упрощенной формулы лекарства делают нас на один шаг ближе к достижению нашей мечты», – сказал Чен.
В дополнение к Чену и Инь, другие соавторы внесли свой вклад в эту работу, включая Лэй Чжан, Нин-Синь Ма, Юэ Ван, Грейс Ли, Сяо-И Хоу, Чжо-Фань Лэй, Фэн-Ю Чжан, Фэн-Пинг Дун и Ганг-И Ву из штата Пенсильвания.
Эта работа была поддержана Национальными институтами здравоохранения (AG045656), Ассоциацией Альцгеймера (ZEN-15-321972) и Charles H. Эндаумент-фонд Смита "Скип" в Пенсильвании.