Пересадка эмбриональных нейронов дарит надежду на излечение от заболеваний головного мозга

Неожиданная выживаемость эмбриональных нейронов, трансплантированных в мозг новорожденных мышей, обнаруженная в серии экспериментов ученых из Калифорнийского Университета Сан-Франциско (University of California, San-Francisco, UCSF) (США), позволяет надеяться в будущем на пересадку в головной мозг человека нейронов для лечения таких заболеваний, как болезнь Альцгеймера, эпилепсия, болезни Хантингтона и Паркинсона, а также шизофрения.

Целью экспериментов вовсе не являлось установление эффективности лечения какого-либо неврологического заболевания путем трансплантации эмбриональных нейронов. Однако в результате исследования были получены принципиальные доказательства того, что ГАМК-эргические вставочные нейроны – тип клеток головного мозга, связанный с множеством заболеваний нервной системы – могут вводиться в головной мозг в значительном количестве и способны выживать без значительного воздействия на популяцию собственных вставочных нейронов мозга. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature.

Факт выживания таких клеток после пересадки удивил группу исследователей, возглавляемую профессором Калифорнийского Университета Артуро Альварез-Байлла (Arturo Alvarez-Buylla) и бывшим выпускником Университета Дереком Саусвеллом (Derek Southwell), доктором медицины и философии.

Согласно преобладающей в настоящее время теории, выживание развивающихся вставочных нейронов происходит подобно игре: поскольку «вместимость» мозга ограничена, выживают те клетки, которые первыми успеют занять доступные места. И только те, которые получили жизненно важные сигналы, поступающие от других типов клеток, выживут. Остальные погибнут.

Основываясь на этой теории, команда Калифорнийского Университета ожидала, что лишь небольшое определенное число пересаженных эмбриональных вставочных нейронов сможет выжить в головном мозге взрослых мышей-реципиентов, независимо от количества трансплантированных клеток. То, что они обнаружили, было совершенно неожиданным: независимо от числа количества пересаженных клеток всегда выживала значительная устойчивая доля клеток.

«Постоянный уровень выживаемости наводит на мысль о том, что клетки, значительный терапевтический потенциал которых был показан в других исследованиях, могут быть внесены в кору головного мозга в значительном количестве», - говорит Альварес-Байлла, член Центра Регенеративной Медицины и Исследования Стволовых Клеток им. Эли и Эдит Броад (Eli and Edythe Broad Center of Regeneration Medicine and Stem Cell Research) при Калифорнийском Университете.

В ходе предыдущих исследований, проведенных в Калифорнийском Университете и других исследовательских центрах, было показано, что пересадка эмбриональных вставочных нейронов может снизить приступы у экспериментальных животных с воспроизведенной эпилепсией, а также снизить симптомы паркинсонизма у лабораторных крыс с моделью болезни Паркинсона. Активность вставочных клеток часто нарушается при болезни Альцгеймера, а их число изменяется у пациентов с шизофренией. При трансплантации в спинной мозг они также могут способствовать снижению чувствительности к боли.

В результате новых экспериментов команда исследователей из UCSF обнаружила, что, несмотря на количество пересаженных клеток, постоянно выживает определенная доля, а не постоянное число. Это позволяет предположить, что какой-то доле клеток уготована гибель путем автономных механизмов, или же сами нейроны продуцируют факторы выживания. Работа показывает, что вставочные нейроны могут трансплантироваться в гораздо большем количестве, чем предполагалось ранее, и данное наблюдение может найти применение в использовании этих клеток с целью коррекции дефектов возбуждающих и ингибирующих связей при заболеваниях мозга.

Выживаемость клеток зависит от неизвестных пока сигналов

Тормозные ГАМК-эргические нейроны необходимы мозгу для сбалансирования действия возбуждающих нейронов в коре головного мозга путем продукции ингибиторных сигналов. Заболевания, подобные эпилепсии, болезни Альцгеймера, болезни Хантингтона, болезни Паркинсона и шизофрении, в той или иной степени связаны с разрушением такого баланса; для всех них установлены проблемы, связанные с ГАМК-эргическими вставочными нейронами.

Известно, что ГАМК-эргические вставочные нейроны развиваются не в коре головного мозга – там они уже лишь внедряются в функциональные схемы. Эти клетки возникают в удаленной части развивающегося мозга и затем мигрируют к месту окончательного назначения. В течение десятилетий ученые не знали, как определяется необходимое число этих нейронов, как много их формируется, когда они отмирают и в каком количестве они выживают после достижения коры головного мозга. Недавняя публикация не только отвечает на некоторые из этих вопросов, но и обнаруживает неожиданные наблюдения.

Общепринято, что число нейронов определяется доступностью сигналов выживания, вырабатываемых другими клетками. Эта идея, широко известная как нейротрофическая гипотеза, основана на экспериментах, заслуживших Нобелевскую премию в 1940-х годах, и показывающих, как определяется выживание развивающихся нейронов в спинном мозге и периферической нервной системе. В работе было показано, что только те нервные волокна, которые способны соответствующим образом достичь мишени, находящейся за пределами нервной системы, смогут выжить, и что эти мишени вырабатывают белок, называемый фактором роста нервов, который необходим для поддержания жизнеспособности клеток.

В течение многих лет нейротрофическая гипотеза доминировала во взглядах по вопросам жизни и смерти нервных клеток. «Считалось, что нейротрофическая гипотеза применима ко всем типам нейронов во всех областях нервной системы», - говорит Саусвелл.

Предполагалось, что однажды найдя свой путь к нужной части мозга, только те из ГАМК-эргических вставочных нейронов, которые объединятся с другими нейронами, будут защищены белками или другими факторами для дальнейшей жизни. Вместо этого оказалось, что выживание пересаженных клеток определяется независимо от их конкуренции за сигналы выживаемости, вырабатываемые другими типами клеток реципиента.

Несмотря на то, что новые эксперименты не низвергают эту теорию (поскольку она касается того, как нервы вне пределов головного мозга достигают своих мишеней), предполагается, что существует какой-то другой механизм, влияющий на ГАМК-эргические интернейроны.

Неожиданная выживаемость эмбриональных нейронов, пересаженных в мозг новорожденных мышей в серии экспериментов ученых из Калифорнийского Университета Сан-Фрпанциско, позволяет надеяться на возможность использования пересадки нейронов для лечения таких заболеваний, как болезнь Альцгеймера, эпилепсия, болезни Хантингтона и Паркинсона и шизофрения. (фото: © pixologic / Fotolia)

По материалам University of California, San Francisco (UCSF)

Оригинальная статья:
Derek G. Southwell, Mercedes F. Paredes, Rui P. Galvao, Daniel L. Jones, Robert C. Froemke, Joy Y. Sebe, Clara Alfaro-Cervello, Yunshuo Tang, Jose M. Garcia-Verdugo, John L. Rubenstein, Scott C. Baraban, Arturo Alvarez-Buylla. Intrinsically determined cell death of developing cortical interneurons. Nature, 2012; DOI: 10.1038/nature11523