Трансплантаты стволовых клеток показали функциональность при травмах спинного мозга
Исследователи из США сообщают об успешной имплантации нейрональных стволовых клеток непосредственно в область травмы спинного мозга у мышей. Трансплантаты благополучно разрослись, заполнили повреждения и функционировали, подобно существующей нейронной сети животных.
Ученые и врачи уже долгое время стремятся использовать стволовые клетки для восстановления функций, утраченных в результате травмы спинного мозга (ТСМ). В Соединенных Штатах около 18 000 человек ежегодно получают данный тип повреждения. Еще 294 000 человек страдают от осложнений ТСМ, как правило, сопровождаемых различной степенью паралича или снижением физических функций, таких как контроль над мочевым пузырем или затрудненное дыхание.
В новом исследовании, опубликованном 5 августа 2020 года в журнале Cell Stem Cell, учёные из Медицинской школы Калифорнийского университета в Сан-Диего сообщают об успешной имплантации узкоспециализированных трансплантатов нейрональных стволовых клеток непосредственно в область травмы спинного мозга у мышей. Также в статье описывается то, как трансплантаты разрастались и заполняли повреждения, интегрируясь с существующей нейронной сетью животных и имитируя ее.
Первый автор исследования д.м.н. Стивен Кето (Steven Ceto), научный сотрудник лаборатории Марка Тушински (Mark H. Tuszynski), профессор нейробиологии и директор Института трансляционной неврологии в Медицинской школе Калифорнийского университета в Сан-Диего сказал, что до настоящего исследования разрабатываемые в лаборатории трансплантаты нейрональных стволовых клеток были чем-то вроде черного ящика.
Несмотря на то, что предыдущие исследования, в том числе опубликованные работы Тушински и его коллег, показали улучшение показателей у моделей животных с ТСМ после трансплантации нейрональных стволовых клеток, ученые не знали, какой механизм лежит в основе процесса восстановления.
«Нам было известно, что протяжённость травмированных аксонов (в местах повреждения) велика. И что нейроны, полученные из трансплантата, в свою очередь, создают большое количество аксонов в спинном мозге, но мы не знали, какая активность на самом деле происходит внутри самого трансплантата», — сказал Кето. «Мы не знали, действительно ли аксоны хозяина и трансплантата устанавливают функциональные связи, или это просто так выглядело».
Кето, Тушински и их коллеги воспользовались последними технологическими достижениями, которые позволяют исследователям стимулировать и регистрировать активность популяций нейронов с определёнными генетическими и структурными свойствами при помощи света, а не электричества. Это гарантирует уверенность в том, что в процессе задействованы именно изучаемые нейроны реципиента и трансплантата и предотвращает получение потенциально неверных результатов из-за распространения электрических токов по тканям.
Учёные обнаружили, что даже в отсутствие определенного стимула наблюдается спонтанная активность нейронов-трансплантатов, которая становится коррелированной между большими группами (кластерами) соседних клеток, как и в нейронных сетях нормального спинного мозга.
Когда исследователи стимулировали регенерировавшие аксоны, выходящие из головного мозга животных, они обнаружили, что некоторые из тех же спонтанно активных кластеров нейронов-трансплантатов отвечали стабильно. Это указывает на то, что данные сети установили функциональные синаптические связи с участками, которые обычно управляют движением. Сенсорная стимуляция, такая как легкие прикосновения и щипки, также активировала трансплантированные нейроны.
«Мы показали, что можем включать нейроны спинного мозга ниже места повреждения, стимулируя аксоны, полученные из трансплантата, распространяющиеся в эти области», — сказал Кето. «Суммируя полученные результаты, можно заключить, что трансплантаты нейрональных стволовых клеток обладают замечательной способностью к самосборке в нейронные сети, подобные спинному мозгу, которые функционально интегрируются с нервной системой хозяина. После многих лет спекуляций и выводов мы прямо показали, что каждый из строительных блоков нейронного реле при повреждении спинного мозга действительно функционирует».
Тушински сказал, что его команда в настоящее время работает над несколькими способами улучшения функциональной связности трансплантатов стволовых клеток, такими как организация топологии трансплантатов с каркасами, имитирующая топологию нормального спинного мозга, и использование электрической стимуляции для усиления синапсов между нейронами хозяина и трансплантата.
«Для подбора идеальной комбинации стволовых клеток, стимуляции, реабилитации и других условий могут потребоваться годы. Однако пациенты прямо сейчас живут с травмой спинного мозга», — сказал Тушински. «Поэтому в настоящее время мы работаем с регулирующими органами, чтобы как можно скорее перенести наш метод трансплантации стволовых клеток в клинические испытания. Если все пойдет хорошо, мы сможем получить лечение в течение десятилетия».
