Исследователи из Массачусетского технологического института разработали процесс, который обходит стадию стволовой клетки и преобразует клетку кожи непосредственно в нейрон.
Генетики превратили клетки кожи в нейроны для клеточной терапии мозга
Ученые из Массачусетского технологического института разработали процесс, который позволяет превратить клетки кожи прямо в клетки нервной системы. Ученые не только получили новые нейроны, но и имплантировали их в моторную кору мыши, и нейроны начали работать. Если удастся повторить процесс на людях, появится надежда на восстановление нейронов спинного мозга после травм.
Спинной мозг. Public Domain
Преобразование одного типа клеток в другой, например, клетки кожи в нейрон, может быть осуществлено с помощью процесса, который требует, чтобы клетка кожи была сначала превращена в индуцированную плюрипотентную стволовую клетку (iPSC), а затем дифференцирована в нейрон. Этот процесс хорошо изучен. Он был описан более 20 лет назад и многократно проверен. Но он имеет недостатки. Он медленный, и превращение клеток сначала в iPSC, а затем в целевую клетку иногда застревает на середине пути, и iPSC не дифференцируются в те клетки, которые нужны. Очень хотелось бы немного «срезать путь» и превратить, например, клетку кожи (которых много), в нейрон (которых очень не хватает, особенно при травмах спинного мозга). И наконец «срезать путь» ученые смогли.
Работая с клетками мышей, исследователи разработали метод преобразования, который является высокоэффективным и может производить более 10 нейронов из одной клетки кожи. Если его воспроизвести в клетках человека, этот подход поможет генерировать большое количество двигательных нейронов, которые можно использовать для лечения пациентов с травмами спинного мозга или заболеваниями, нарушающими подвижность, например, боковом амиотрофическом склерозе (БАС или «болезнь Стивена Хокинга»).
Свои результаты ученые изложили в двух статьях в журнале Cell: первая статья посвящена перепрограммированию клеток, а вторая — имплантации полученных нейронов в мозг.
Превращение кожи в мозг
Схема первого исследования. Получение нейронов из клеток кожи.
Исследовательская группа профессора Кэти Гэллоуэй описала процесс превращения клеток кожи в двигательные нейроны с использованием всего трех факторов транскрипции (белков), и двух генов, которые заставляют клетки кожи делиться много раз, прежде чем они начнут преобразовываться в нейроны. Это позволяет получить гораздо более высокий выход нейронов, чем в том случае когда из одной клетки кожи получается один нейрон. Выход в эксперименте составил 1 к 10.
После того, как исследователям удалось получить достаточно много нейронов, они начали работать над лучшими способами их доставки в мозг. Опыты в чашке Петри прошли вполне успешно. Тогда, работая с коллегами из Бостонского университета, исследователи проверили, можно ли успешно привить эти двигательные нейроны мышам. Они доставили клетки в часть мозга, известную как полосатое тело, которое участвует в контроле движений.
Схема второго исследования. Пересадка полученных нейронов в моторную кору мыши.
Через две недели исследователи обнаружили, что многие нейроны выжили и, образовали связи с другими клетками мозга. При выращивании в чашке Петри эти клетки показали измеримую электрическую активность и кальциевую сигнализацию, что показывает их способность общаться с другими нейронами. Теперь исследователи надеются изучить возможность имплантации этих нейронов в спинной мозг.
Команда MIT надеется разработать аналогичный процесс для преобразования человеческих клеток. Это позволит генерировать большие количества нейронов, которые можно будет использовать для лечения травм спинного мозга или заболеваний, влияющих на контроль движений, таких как БАС.
В настоящее время проводятся клинические испытания с использованием нейронов, полученных из iPSC, для лечения БАС, но увеличение количества клеток, доступных для такого лечения, может облегчить их тестирование и разработку для более широкого использования у людей, говорит Гэллоуэй.