Группа исследователей из Гарварда сумела вырастить особый тип нервных клеток, кортикоспинальные нейроны, которые играют ключевую роль в управлении движениями и повреждаются при заболеваниях двигательных нейронов и травмах спинного мозга. Работа опубликована в журнале eLife и открывает новые возможности для моделирования нейродегенеративных болезней и разработки потенциальных методов терапии.
Почему эти нейроны так важны
Нервная система состоит из множества уникальных нейронов, каждый из которых имеет собственную форму, функции, электрическую активность и связи с другими клетками. Некоторые из этих подтипов особенно уязвимы к повреждениям или заболеваниям. Кортикоспинальные нейроны соединяют кору головного мозга со спинным мозгом, передавая команды на произвольные движения. Их дегенерация лежит в основе таких болезней, как боковой амиотрофический склероз, а повреждение аксонов при травмах приводит к потере координации.
«Для моделирования заболеваний и поиска методов восстановления нервной ткани нам нужны надежные способы превращения клеток-предшественников в именно эти типы нейронов», — говорит Кадир Озкан, соавтор работы из Гарвардского университета.
Поиск подходящих клеток-предшественников
Ранее лаборатория Маклиса и другие группы выявили молекулярные программы, контролирующие развитие подтипов корковых нейронов. Используя эти знания, ученые обнаружили подгруппу клеток-предшественников, которые сохраняют способность превращаться в кортикоспинальные нейроны. Ключевыми маркерами этих клеток являются Sox6 и NG2.
«Мы хотели проверить, можно ли вырастить их в лаборатории и направить дифференциацию именно в кортикоспинальные нейроны», — поясняет Хари Падманабхан, соавтор исследования.
Новая стратегия программирования клеток
Для управления дифференциацией ученые создали систему «NVOF», которая точно регулирует сигналы, необходимые клеткам для развития в нужный подтип нейронов. Этот метод позволил получить зрелые нейроны, полностью соответствующие морфологии, молекулярным маркерам и электрическим свойствам естественных кортикоспинальных клеток. В отличие от традиционных подходов, которые дают смешанные по идентичности нейроны, новый метод обеспечивает высокую точность и стабильность результатов.
Следующие исследования будут направлены на проверку того, как эти нейроны интегрируются в существующие сети и способны ли они восстанавливать функции при повреждениях.
«Мы нашли подгруппу клеток-предшественников с высоким потенциалом формирования кортикоспинальных нейронов, что важно как для изучения заболеваний, так и для регенеративной терапии», — заключает Джеффри Маклис, ведущий автор исследования.
Особенность открытых клеток заключается в их широком распространении в коре головного мозга, что делает их перспективными для будущих терапевтических подходов. Исследователи планируют изучить их взаимодействие с другими типами клеток, а также возможность использования клеток человека, полученных из плюрипотентных стволовых клеток, для лечения травм спинного мозга и нейродегенеративных заболеванийю.