Успешная попытка создания нервной ткани в лабораторных условиях

Исследователи из Медицинской Школы при Университете Пенсильвании (University of Pennsylvania School of Medicine) в США сумели воссоздать в лабораторных условиях живую нервную ткань, которая подходит для трансплантации и способствует регенерации поврежденных нервов. Пока работа проведена только на экспериментальных животных. Ее результаты опубликованы в журнале Tissue Engineering.

Только в США около 300 000 человек ежегодно получают серьезные повреждения периферических нервов, результатом чего часто бывает потеря двигательных функций и чувствительности соответствующей области тела. Такие повреждения по большей части – следствия травм и хирургических операций. Лечение таких пациентов на сегодняшний день не слишком эффективно, в особенности если участок нерва утерян, и невозможно соединить оставшиеся его концы. Нейрохирургам требуется эффективный метод, которым можно бы было «заставить» расти отростки нервных клеток – аксоны, ответственные за проведение нервных импульсов.

«Мы создали трехмерную нервную сеть, живой участок нерва в культуре, который может быть трансплантирован непосредственно в зону повреждения», говорит руководитель исследования профессор нейрохирургии Дуглас Г. Смит (Douglas H. Smith). Ему и его коллегам удалось вырастить in vitro, трансплантировать в живой организм и заставить функционировать пучки нервных волокон, которые послужили «мостиком», соединяющим концы рассеченного периферического нерва.

Смит и его группа занимались выращиванием в культурах «направленных» аксонов, работая с нейронами, выделенными из ганглиев дорзальных корешков спинного мозга крысы. Ученые разработали интересную систему: нейроны культивировали на нескольких пластиковых подложках: отростки клеток с одной подложки образовывали синапсы (соединения) с отростками нейронов на другой подложке, при этом специальный механизм очень медленно, в течение нескольких дней, растягивал подложки в стороны, и аксонам приходилось «тянуться» друг за другом. С помощью этой методики удавалось за семь суток вырастить нервы длинной более сантиметра. Затем выросшие нервы помещали в белковый матрикс, наполненный ростовыми факторами, заворачивали в трубку из биодеградируемого материала (полимера полигликолиевой кислоты), и трансплантировали в место разрыва нерва крысе.

Можно сказать, что это первый успешный опыт создания «конструкта нервной ткани», как назвали трансплантат исследователи. «Мы разработали цилиндрическую биоинженерную конструкцию, которая очень похожа на участок организованного проводящего нервного пучка до его повреждения. Длинные пучки нервных волокон включают в себя две функциональные популяции нейронов, и аксоны этих нейронов соединяют как сами нервные клетки, так и нервные клетки с окружающими тканями».

Работа была проведена на седалищном нерве крыс. Период наблюдения за животными после трансплантации составил 16 недель – на протяжении всего этого времени трансплантат сохранял свою форму, а нейроны внутри него оставались жизнеспособными.

Интересно, что аксоны собственных нейронов крысы, находящиеся в концах рассеченного седалищного нерва, начинали регенерировать вдоль аксонов, находящихся в трансплантированной трубке, используя последние в качестве матрицы для роста. При этом между аксонами трансплантированных нейронов и собственных нейронов животного образовывались функционирующие синаптические связи.

Вокруг аксонов в трансплантате активно образовывались миелиновые оболочки – многослойные липидные мембраны, необходимые для электрической изоляции аксонов и ускорения проведения по ним нервного импульса. Аксоны же из трансплантата также начинали расти, глубоко проникая в поврежденный седалищный нерв.

Важно, что трансплантат, по своей природе аллогенный (полученный от генетически не идентичной особи), отлично приживался и интегрировался в нервную систему без применения иммуносупрессивных препаратов. Этот факт ставит под вопрос наличие и интенсивность иммунных реакций в периферической иммунной системе.

Исследователи считают, что живой биоинженерный конструкт защищал от гибели глиальные клетки (вспомогательные клетки нервной ткани), оставшиеся в оболочке нерва вокруг зоны повреждения. Обычно большая часть этих клеток погибает через некоторое время после разрыва нерва, что впоследствии также затрудняет регенерацию. В случае, когда глиальные клетки выживают, они способствуют восстановлению нейронов, направляя рост аксонов и регенерацию трехмерной структуры нерва.

Д. Кейси Куллен (D. Kacy Cullen), одна из исследователей, принимавших участие в этой работе, говорит, что «это совершенно новый метод активации регенерации нервов, который помогает там, где раньше помочь было невозможно. Это игра на время – после повреждения нерв регенерирует слишком медленно, и поддерживающие глиальные клетки на его концах могут дегенерировать, в свою очередь сделав невозможным дальнейшее восстановление. Поскольку наши аксональные конструкты врастают в ткань хозяина, они могут сохранять эти поддерживающие клетки, давая нервной ткани больше времени на регенерацию».


Вверху: кластер трансплантированных нейронов на конце трансплантата. Внизу: пучок аксонов в трансплантате. На обеих фотографиях трансплантированные нервные клетки покрашены зеленым флуоресцентным красителем, а аксоны – красным. Эти аксоны включают в себя как аксоны трансплантированных, так и собственных нейронов крысы, которые вросли в трансплантат.

Оригинальная статья: Jason H. Huang, D. Kacy Cullen, Kevin D. Browne, Robert Groff, Jun Zhang, Bryan J. Pfister, Eric L. Zager, Douglas H. Smith. Long-Term Survival and Integration of Transplanted Engineered Nervous Tissue Constructs Promotes Peripheral Nerve Regeneration. Tissue Engineering Part A, 2009; 090220122151069 DOI: 10.1089/ten.tea.2008.0294. В свободном доступе.

По материалам:
University of Pennsylvania School of Medicine