Свето-активируемые нейроны, полученные из стволовых клеток, восстанавливают работу парализованных мышц

Ученые из Университетского Колледжа Лондона (University College London, UCL, Великобритания) и Королевского Колледжа Лондона (King's College London, Великобритания) разработали новый способ, позволяющий контролировать сокращение мышц с помощью света. Однажды такая технология поможет восстановить функцию мышц, парализованных в результате болезни моторных нейронов или травмы спинного мозга.

Метод основан на трансплантации пациенту особых моторных нейронов, полученных из стволовых клеток, в область поврежденной ветви нерва. Моторные нейроны были сконструированы учеными таким образом, чтобы клетки были способны реагировать на импульсы голубого света. Это позволяет специалистам точно контролировать сокращение мышцы путем приложения световых импульсов разной интенсивности, направления и частоты. Результаты исследования были опубликованы в журнале Science.

Исследовательская команда проводила эксперименты на лабораторных мышах, у которых были повреждены нервы, иннервирующие задние конечности. Ученые продемонстрировали, что полученные из стволовых клеток моторные нейроны после трансплантации в организм грызунов заселяются вдоль поврежденных нервов и взаимодействуют с парализованными мышцами, которые затем можно контролировать с помощью импульсов голубого цвета.

«Мы наблюдали, как после применения нового метода парализованные мышцы задней лапки грызуна начали функционировать. Эта стратегия обладает значительным преимуществом перед существующими методами лечения подобных повреждений, основанных на стимуляции работы нервов с помощью электричества, что может быть болезненной процедурой, часто приводящей к быстрому «изнашиванию» мышц. Более того, если существующие моторные нейроны погибли в результате повреждения или заболевания, электрическая стимуляция нервов оказывается бесполезной, поскольку слишком много нейронов в организме было утрачено», – говорит руководитель исследования, профессор Линда Гринсмит (Linda Greensmith) из Центра Нейромышечных Заболеваний Медицинского Исследовательского Совета (Medical Research Council Centre for Neuromuscular Diseases, Великобритания) при Институте Нейрологии Университетского Колледжа Лондона (UCL's Institute of Neurology, Великобритания).

В норме работа мышц контролируется моторными нейронами – специализированными нервными клетками, расположенными в головном и спинном мозге. Эти нейроны передают сигналы из головного мозга мышцам, чтобы обеспечить функцию движения. При повреждении моторных нейронов вследствие некоторых заболеваний происходит перманентная утрата мышцей своих функций, что вызывает ее паралич.

«Новый метод позволяет восстановить функционирование специфических мышц, работа которых была нарушена в результате развития парализующих неврологических повреждений или заболеваний. В течение ближайших пяти лет мы надеемся предпринять все шаги, необходимые для того, чтобы начать клинические испытания инновационного подхода к лечению пациентов с болезнью моторных нейронов, многие из которых потеряли способность дышать, поскольку у них возник паралич диафрагмальной мышцы. В конечном счете, мы надеемся применить разработанный метод для создания некого варианта оптического водителя ритма для диафрагмы, чтобы помочь пациентам продолжить дышать», – говорит профессор Гринсмит.

Светочувствительные моторные нейроны, благодаря которым был разработан этот метод лечения, были получены из стволовых клеток доктором Иво Либерамом (Ivo Lieberam) из Центра Нейробиологии Развития MRC (MRC Centre for Developmental Neurobiology, Великобритания) при Королевском Колледже Лондона.

«Мы модифицировали эмбриональные стволовые клетки таким образом, чтобы моторные нейроны, полученные из них, могли функционировать как часть устройства водителя мышечного ритма, – говорит доктор Либерам, один из руководителей этого исследования. – Сначала мы снабдили клетки молекулярным сенсором света. Это позволило нам контролировать моторные нейроны с помощью вспышек голубого света. Затем мы встроили в них ген, помогающий моторным нейронам, полученным из стволовых клеток, выжить после трансплантации в поврежденный нерв, а также позволяющий им расти и присоединяться к мышце».

Ученые разработали новый способ, позволяющий контролировать сокращение мышц с помощью света. (фото: Barney Bryson)

По материалам University College London

Оригинальная статья:
J. B. Bryson, C. B. Machado, M. Crossley, D. Stevenson, V. Bros-Facer, J. Burrone, L. Greensmith, I. Lieberam. Optical Control of Muscle Function by Transplantation of Stem Cell-Derived Motor Neurons in Mice. Science, 2014; 344 (6179): 94 DOI: 10.1126/science.1248523