Трансплантированные нейроны оказывают влияние на нативные нервные клетки

Согласно результатам нового исследования, проведенного учеными из Университета Висконсина (University of Wisconsin, США), нейроны человека, полученные из ЭСК и трансплантированные в головной мозг мышей, могут регулировать работу собственных нервных клеток животных. Полученные результаты, опубликованные в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences, могут лечь в основу разработки лечения таких заболеваний, как болезнь Паркинсона и инсульты.

Результаты предыдущих исследований показали, что трансплантированные животным нейроны человека, полученные из ЭСК, выглядят и функционируют, как обычные нервные клетки. Такие клетки в головном мозге мышей могут, например, формировать контакты с нативными нейронами и получать от них сигналы.

Однако продемонстрировать, что трансплантированные клетки способны успешно взаимодействовать и регулировать функционирование нативных нейронов, до сих пор не удавалось. Для решения этой проблемы Джэйсон Уэйк (Jason Weick) и его коллеги из Университета Висконсина обратились к методам такой области современной биологии, как оптогенетика, сочетающей методы оптики и генетики для описания работы нейронных сетей. Ученые генетически модифицировали нейроны таким образом, чтобы те синтезировали ионные каналы (трансмембранные белки, осуществляющие транспорт ионов через мембрану), открывающиеся в ответ на воздействие солнечным светом, что позволяло бы положительным ионам, таким как ионы натрия и кальция, проходить через мембрану и активировать клетки. Таким образом, ученые получили возможность избирательно активировать нейроны человека в смеси клеток человека и мыши.

Полная интеграция

Уэйк с коллегами генетически модифицировали ЭСК человека с целью синтеза ионных каналов, а затем в экспериментах in vitro направили их на путь дифференцировки в нейроны. Изучив свойства и функционирование этих нейронов в клеточной культуре вместе с мышиными нейронами, ученые трансплантировали эти клетки в участок головного мозга мышей, называемый гиппокампом.

Выяснилось, что в тех участках головного мозга мышей, куда были трансплантированы нейроны человека, их активация светом вызывала электрическую активность мышиных нейронов. Таким образом, результаты эксперимента показали, что трансплантированные нейроны человека, полученные из ЭСК, могут успешно взаимодействовать с клетками мыши, посылать им сигналы и модулировать их активность.

«Результаты очень интересны, - говорит Хондзюнь Сонг (Hongjun Song), руководитель программы стволовых клеток в Университете Джона Хопкинса (Johns Hopkins University, США), - Вы можете трансплантировать совсем небольшое количество клеток и получить значительный эффект».

В каком-то смысле, такие результаты были ожидаемы (ранее уже было продемонстрировано, что трансплантация нейронов ослабляет симптомы многих заболеваний), однако в ходе исследования удалось также получить ответы на многие вопросы, например, удалось выяснить, какой конкретно тип нейронов взаимодействует с трансплантируемыми клетками.

В головной мозг

В настоящее время Уэйк с коллегами проводят эксперименты по трансплантации нейронов, активируемых светом, в головной мозг мышей с моделью различных нейродегенеративных заболеваний. «Скоро мы будем иметь возможность «настроить» нейроны для лечения конкретного заболевания, - говорит ученый, но предупреждает, что не все участки головного мозга столь пластичны, как гиппокамп, и не все поддаются интеграции нейронов, - Однако в качестве потенциальной терапии наш метод чрезвычайно интересен».



Трансплантированные нейроны человека, полученные из ЭСК (красного цвета на фото) могут взаимодействовать с нативными нейронами (зеленого цвета) головного мозга мыши (фото: National Academy of Science)

По материалам NatureNews

Оригинальный текст: Charlotte Schubert

Литература:
1. Weick, J. P., Liu, Y. & Zhang, S. C. Proc. Natl Acad. Sci. USA (2011)