Электростимуляция помогает направлять стволовые клетки в мозге

Американские исследователи из Калифорнийского университета в Дейвисе (University of California – Davis) обнаружили, что электрические поля могут направлять трансплантированные нейрональные стволовые клетки (НСТ) непосредственно в определённые участки головного мозга. Данное открытие, опубликованное 29 июня 2017 года в Stem Cell Reports, открывает возможности эффективного управления перемещением стволовых клеток для восстановления травм и лечения нейродегенеративных заболеваний.

Профессор Мин Чжао (Min Zhao) из Школы Медицинского Института регенеративного лечения (School of Medicine’s Institute for Regenerative Cures) при Калифорнийском университете проводит изучение влияния электрических полей на направленное заживление ран. Повреждённые ткани генерируют слабые электрические поля, которые, как показало исследование, привлекают стволовые клетки к ранам для заживления.

«Одной из неудовлетворённых потребностей регенеративной медицины является эффективная и безопасная мобилизация стволовых клеток и их направление в места травмы для восстановления», — сказал Чжао. «Неэффективная миграция этих клеток в очаги поражения – важное препятствие для разработки действенных клинических методов».

Доктор Джуньфен Фен (Junfeng Feng), нейрохирург в больнице Ренджи при Школе медицины университета связи Шанхая (Ren Ji Hospital, Shanghai Jiao Tong University) посетил лабораторию Чжао, чтобы изучить, как электрические поля могут направлять стволовые клетки, имплантированные в головной мозг.

Нативные (природные) нейрональные стволовые клетки могут развиваться в различные ткани мозга и расположены глубоко в его внутренних слоях — субвентрикулярной зоне и гиппокампе. Чтобы восстановить повреждения наружных участков головного мозга, таких как кора, им приходится мигрировать на большие расстояния, особенно, в относительно большом мозге человека. Трансплантированные стволовые клетки также должны преодолевать большие расстояния, чтобы достигнуть области повреждения.

Исследователи работали над направлением НСТ к тканям, повреждённым вследствие таких заболеваний как болезнь Паркинсона, инсульт или в результате тяжёлой травмы. Химические и клеточные сигналы стимулируют перемещение стволовых клеток, однако учёные нуждались в более точном методе.

Команда Чжао в более ранних исследованиях применяла химические стимуляторы, направляющие движение клеток, используя естественные соединения, присутствующие в мозге, а также лекарственные препараты, применяемые в медицине.

Их последние исследования показали, что электрическая стимуляция также может заставить клетки передвигаться в чашке Петри. Однако применение электростимуляции на живой модели может повлиять на все нейроны головного мозга. Группа Чжао решила выяснить, как оказывать влияние электричеством лишь на трансплантированные нейрональные стволовые клетки.

В новом исследовании доктор Фен и профессор Чжао вводили НСТ человека, меченные флуоресцентным маркером EGFP, в ростральный миграционный поток головного мозга крыс. В естественных условиях данный поток направляет «новорожденные» нейроны к обонятельным луковицам. Однако после имплантации электродов в мозг животным, ток был направлен против обычного течения рострального миграционного потока, и трансплантированные клетки начали перемещаться в противоположном направлении.

Учёные провели тесты спустя три недели, а затем повторно через четыре месяца после эксперимента. Результаты показали, что клетки мигрировали в субвентрикулярную зону и боковой желудочек. Наблюдалась дифференцировка некоторых НСК в нейроны, астроциты, микроглию, олигодендроциты, также изменилась клеточная идентичность, что предполагает интеграцию клеток в нейронные сети и замену повреждённых клеток.

Учёные отмечают, что мозг грызуна и человека имеет существенные различия, поэтому дальнейшие испытания эффективности методики будут проводится на приматах. Кроме того, команда Чжао планирует усовершенствовать метод, чтобы избежать вживления электродов непосредственно в головной мозг. Исследователи планируют стимулировать миграцию клеток через кости черепа. Учёные уверены: их работа – огромный шаг на пути к лечению нейродегенеративных заболеваний.