Из клеток кожи выращены нейроны

Новый метод получения зрелых нейронов человека из перепрограммированных клеток кожи поможет повысить безопасность и эффективность исследования таких трудно поддающихся изучению заболеваний, как болезнь Альцгеймера, шизофрения и аутизм.

По мнению руководителя исследования Гонга Чена (Gong Chen), профессора биологии в Университете Штата Пенсильвания (Pennsylvania State University, США), полученные результаты свидетельствуют о возможности моделирования заболеваний головного мозга в чашке Петри, поскольку новый метод позволяет в лабораторных условиях вырастить зрелые человеческие нейроны, поведение которых аналогично поведению нейронов человеческого мозга. Чен считает, что предложенная технология может помочь разработать персонализированный подход к лечению пациентов, основанный на их индивидуальной генетической информации. Результаты исследования были опубликованы в журнале Stem Cell Research.

По словам Чена, у человека невозможно получить клетки головного мозга для проведения экспериментов, поэтому разработка эффективного метода культивирования нейронов в условиях in vitro является наилучшим решением для исследовательских целей и скрининга лекарственных препаратов. В предыдущих исследованиях был разработан способ перепрограммирования человеческих клеток кожи в неспециализированные и недифференцированные плюрипотентные стволовые клетки (ИПСК).

«После получения ИПСК из клеток кожи ученые способны превратить их в клетки головного мозга (нейроны), которые можно безопасно изучать в лабораторных условиях», – говорит Чен.

Чен и его исследовательская команда разработали эффективный способ дифференцировки ИПСК в зрелые человеческие нейроны, поведение которых аналогично поведению нейронов человека в головном мозге. По словам Чена, в естественных условиях нейроны всегда окружены клетками звездчатой формы под названием астроциты, которые в большом количестве содержатся в головном мозге и помогают правильному функционированию нейронов. По мнению Чена, поскольку в головном мозге нейроны прилежат к астроцитам, непосредственный физический контакт между этими клетками может быть необходимым условием для роста и поддержания нормального функционирования нейронов.

Чтобы проверить это предположение, Чен и его коллеги сначала получили из ИПСК нейрональные стволовые клетки, представляющие собой стволовые клетки, способные дифференцироваться в нейроны. Клетки были культивированы на монослое астроцитов.

По словам Чена, результаты исследования показали, что сокультивирование астроцитов и нейрональных клеток повышает эффективность дифференцировки последних в нейроны, по сравнению с дифференцировкой только нейрональных клеток.

Чтобы продемонстрировать преимущество совместного культивирования нейронов и астроцитов, Чен и его исследовательская команда использовали метод электрофизиологической записи синаптических потенциалов клеток. Оказалось, что при культивировании нейронов на астроцитах повышается количество сигналов, передаваемых от одной клетки к другой. Результаты другого эксперимента показали, что после сокультивирования нейрональных стволовых клеток и астроцитов в течение одной недели только что дифференцированные нейроны начинают испускать потенциалы действия – быстрые электрические сигналы возбуждения, свойственные всем нейронам головного мозга. В последнем эксперименте исследовательская команда смешивала человеческие нейрональные стволовые клетки с мышиными нейронами. Было установлено, что уже через одну неделю сокультивирования между мышиными и человеческими нейронами наблюдалась взаимная передача сигналов.

«Ранее для изучения таких заболеваний, как болезнь Альцгеймера, шизофрения и аутизм, ученые могли получать клетки головного мозга лишь от самих пациентов с помощью пункции. Теперь можно забрать клетки кожи пациентов, что является безопасной и минимально инвазивной процедурой, и превратить их в клетки головного мозга, которые имитируют активность собственных клеток головного мозга пациента», – говорит Чен. По словам Чена, используя новый метод, ученые смогут также установить, как определенный лекарственный препарат повлияет на клетки головного мозга конкретного пациента, что избавит от необходимости апробировать этот препарат на пациенте и исключит риск развития серьезных побочных эффектов.

Исследование было профинансировано Penn State Stem Cell Fund, National Institutes of Health, JPB Foundation, Mathers Foundation, McDonnell Foundation и California Institute for Regenerative Medicine.

Человеческие нейрональные стволовые клетки (изображены красным), полученные из взрослых клеток кожи, эффективно дифференцируются в нейроны (изображены зеленым) после культивирования с астроцитами. (фото: Chen lab, Penn State University)

По материалам Penn State

Оригинальная статья:
Xin Tang, Li Zhou, Alecia M. Wagner, Maria C.N. Marchetto, Alysson R. Muotri, Fred H. Gage, Gong Chen. Astroglial cells regulate the developmental timeline of human neurons differentiated from induced pluripotent stem cells. Stem Cell Research, 2013; DOI: 10.1016/j.scr.2013.05.002