В новом исследовании, направленном на устранение этих препятствий, исследователи из Университета Висконсин-Мэдисон продемонстрировали доказательную эффективность лечения стволовыми клетками на мышиной модели болезни Паркинсона. Они обнаружили, что нейроны, полученные из стволовых клеток, могут хорошо интегрироваться в нужные области мозга, соединяться с естественными нейронами и восстанавливать двигательные функции.
Ключ – личность. Тщательно отслеживая судьбу трансплантированных стволовых клеток, ученые обнаружили, что идентичность клеток – продуцирующие дофамин клетки в случае болезни Паркинсона – определяет связи, которые они создают, и то, как они функционируют.
Ученые говорят, что в сочетании с постоянно растущим набором методов для производства десятков уникальных нейронов из стволовых клеток, эта работа предполагает, что терапия нейрональными стволовыми клетками является реалистичной целью. Тем не менее, требуется гораздо больше исследований, чтобы перевести результаты, полученные от мышей, на людей.
Команда, возглавляемая нейробиологом из UW-Madison Су-Чун Чжаном, опубликовала свои выводы в сентябре.
22 в журнале Cell Stem Cell. Исследованием руководили постдокторанты лаборатории Чжан Юэцзюнь Чен, Ман Сюн и Ечжэн Тао, которые в настоящее время занимают должности преподавателей в Китае и Сингапуре.
"Наш мозг так точно устроен очень специализированными нервными клетками в определенных местах, поэтому мы можем участвовать во всех наших сложных поведениях. Все зависит от цепей, подключенных к конкретным типам клеток », – говорит Чжан, профессор нейробиологии и неврологии в Центре Вайсмана в UW-Madison. "Неврологические травмы обычно затрагивают определенные области мозга или определенные типы клеток, нарушая цепи. Чтобы вылечить эти болезни, мы должны восстановить эти цепи."
Чтобы восстановить эти цепи на мышиной модели болезни Паркинсона, исследователи начали с того, что заставили человеческие эмбриональные стволовые клетки дифференцироваться в нейроны, продуцирующие дофамин, – те клетки, которые умирают при болезни Паркинсона. Они трансплантировали эти новые нейроны в средний мозг мышей, область мозга, наиболее пострадавшую от дегенерации Паркинсона.
Несколько месяцев спустя, после того как новые нейроны успели интегрироваться в мозг, у мышей улучшились двигательные навыки. Присмотревшись, группа Чжана смогла увидеть, что трансплантированные нейроны выросли на большие расстояния, чтобы подключиться к контролируемым моторикой участкам мозга. Нервные клетки также установили связи с регуляторными областями мозга, которые питались новыми нейронами и предотвращали их чрезмерную стимуляцию.
Оба набора связей – входящие и исходящие от трансплантированных нейронов – напоминали схемы, установленные естественными нейронами.
Это было верно только для клеток, продуцирующих дофамин. Подобные эксперименты с клетками, производящими глутамат нейротрансмиттера, который не участвует в болезни Паркинсона, не восстановили двигательные цепи, что выявило важность идентичности нейронов в восстановлении повреждений.
Чтобы окончательно подтвердить, что трансплантированные нейроны восстановили цепи, поврежденные болезнью Паркинсона, исследователи вставили генетические переключатели в стволовые клетки. Эти переключатели повышают или понижают активность клеток, когда они подвергаются воздействию специализированных дизайнерских препаратов с пищей или при инъекции.
Когда стволовые клетки были отключены, двигательные улучшения у мышей исчезли, что свидетельствует о том, что стволовые клетки необходимы для восстановления мозга, поврежденного болезнью Паркинсона. Он также показал, что эту технологию генетического переключения можно использовать для точной настройки активности трансплантированных клеток для оптимизации лечения.
Группа Чжан и другие исследователи потратили годы на разработку методов превращения стволовых клеток во множество различных типов нейронов в головном мозге.
Каждое неврологическое заболевание или травма потребует для лечения своих собственных специализированных нервных клеток, но планы лечения, вероятно, будут во многом схожими. «Мы использовали болезнь Паркинсона в качестве модели, но принцип тот же самый для многих различных неврологических расстройств», – говорит Чжан.
Работа имеет личное значение для Чжана. Как врач и ученый, он часто получает письма от семей, отчаянно нуждающихся в помощи в лечении неврологических расстройств или травм головного мозга.
Это также опыт, к которому он может относиться. Шесть лет назад Чжан попал в аварию на велосипеде и сломал себе шею. Когда он очнулся частично парализованным в больнице, его первая мысль была о том, как стволовые клетки, которые он уже изучал в течение многих лет, могут помочь ему выздороветь.
Сейчас, в значительной степени реабилитированный после многих лет физиотерапии, Чжан по-прежнему считает, что правильное лечение стволовыми клетками могло бы в будущем помочь таким людям, как он, и семьям, от которых он слышал.
С этой целью группа Чжана в настоящее время тестирует аналогичные методы лечения на приматах, что является шагом к испытаниям на людях.
«Есть надежда, но мы должны делать все шаг за шагом», – говорит он.
Эта работа была частично поддержана Национальными институтами здравоохранения (гранты NS096282, NS076352 и NS086604, MH099587 и MH100031).