Используя генную инженерию, исследователи из Юго-Западного Университета штата Индиана и Университета Индианы перепрограммировали образующие шрамы клетки спинного мозга мыши, чтобы создать новые нервные клетки, способствующие восстановлению после травмы спинного мозга. Результаты, опубликованные сегодня в журнале Cell Stem Cell, могут дать надежду сотням тысяч людей во всем мире, которые ежегодно страдают от травм спинного мозга.
Клетки в некоторых тканях тела размножаются после травмы, заменяя мертвые или поврежденные клетки в процессе заживления. Однако, как объясняет руководитель исследования Чун-Ли Чжан, доктор философии.D., профессор молекулярной биологии и ученый.W. Карут, младший. Специалист в области биомедицинских исследований в UTSW, спинной мозг обычно не генерирует новые нейроны после травмы – ключевой барьер на пути к выздоровлению. Поскольку спинной мозг действует как сигнальное реле между мозгом и остальным телом, добавляет он, его неспособность к самовосстановлению навсегда останавливает связь между этими двумя областями, что приводит к параличу, потере чувствительности, а иногда и к опасным для жизни последствиям. например, неспособность контролировать дыхание или частоту сердечных сокращений.
Чжан отмечает, что мозг имеет некоторую ограниченную способность производить новые нервные клетки, полагаясь на клетки-предшественники, чтобы включить различные регенеративные пути. Используя эти знания в качестве вдохновения, он и его коллеги искали клетки, которые могли бы иметь аналогичный потенциал к регенерации в спинном мозге.
Работая с мышиной моделью повреждения спинного мозга, исследователи искали в поврежденном спинном мозге животных маркер, обычно обнаруживаемый в незрелых нейронах. По словам Чжана, этот маркер не только присутствовал в спинном мозге после травмы, но он и его команда отследили клетки, которые его производят: ненейрональные клетки, называемые глия NG2.
Глия NG2 служит предшественником клеток, называемых олигодендроцитами, которые производят изолирующий жировой слой, окружающий нейроны. Также хорошо известно, что они образуют глиальные рубцы после травм. Команда Чжана показала, что при повреждении спинного мозга эта глия временно усваивала молекулярные и морфологические маркеры незрелых нейронов.
Чтобы определить, что вызывает изменение глии NG2, исследователи сосредоточились на SOX2, белке стволовых клеток, вызванном повреждением. Они генетически манипулировали этими клетками, чтобы инактивировать ген, который делает этот белок. Когда спинной мозг мышей, подвергшихся манипуляции, перерезали, исследователи увидели гораздо меньше незрелых нейронов в первые дни после травмы, предполагая, что SOX2 играет ключевую роль в помощи глии NG2 в образовании этих клеток. Однако даже при нормальном уровне SOX2 эти незрелые нейроны никогда не превращались в заменители для тех, кто пострадал от травмы.
Взяв противоположный курс, Чжан и его коллеги использовали другую технику генетических манипуляций, чтобы заставить глию NG2 чрезмерно продуцировать SOX2. Интересно, что через несколько недель после травмы спинного мозга мыши с помощью этой манипуляции произвели десятки тысяч новых зрелых нейронов. Дальнейшее исследование показало, что эти нейроны интегрировались в поврежденную область, создавая новые связи с существующими нейронами, которые необходимы для передачи сигналов между мозгом и телом.
Еще более многообещающим, по словам Чжана, является то, что эта генная инженерия привела к функциональным улучшениям после травмы спинного мозга. Животные, сконструированные для избыточного производства SOX2 в их NG2-глии, значительно лучше справлялись с моторикой через несколько недель после травмы спинного мозга по сравнению с животными, которые производили нормальные количества SOX2. Причины такого улучшения производительности казались множественными. Чжан объясняет, что у этих животных не только появились новые нейроны, которые, по-видимому, заменили те, которые были повреждены во время травмы, но также было гораздо меньше рубцовой ткани в месте повреждения, что могло помешать выздоровлению.
Чжан отмечает, что в конечном итоге исследователи смогут найти безопасные и эффективные способы избыточного производства SOX2 у пациентов с травмами спинного мозга, помогая восстанавливать их травмы с помощью новых нейронов при одновременном уменьшении образования рубцовой ткани.
"В области травм спинного мозга проводились обширные исследования, пытаясь излечить повреждение стволовыми клетками, которые производят новые нейроны, но мы предлагаем здесь то, что нам, возможно, не потребуется трансплантировать клетки извне," Чжан говорит. "Поощряя NG2-глию производить больше SOX2, организм может создавать свои собственные новые нейроны, восстанавливаясь изнутри."