Неожиданное выживание эмбриональных нейронов, трансплантированных в мозг новорожденных мышей в серии экспериментов в Калифорнийском университете в Сан-Франциско (UCSF), вселяет надежду на возможность использования трансплантации нейронов для лечения таких заболеваний, как болезнь Альцгеймера, эпилепсия, болезнь Хантингтона, болезнь Паркинсона и другие. шизофрения.
Эксперименты, описанные на этой неделе в журнале Nature, не были предназначены для проверки того, могут ли трансплантаты эмбриональных нейронов эффективно лечить какое-либо конкретное заболевание. Но они обеспечивают доказательство принципа того, что интернейроны, секретирующие ГАМК, тип клеток мозга, связанных со многими различными неврологическими расстройствами, могут быть добавлены в значительном количестве в мозг и могут выжить, не затрагивая популяцию эндогенных интернейронов.
Выживание этих клеток после трансплантации в количестве, намного превышающем ожидаемое, стало шоком для команды, которую возглавлял профессор UCSF Артуро Альварес-Буйлла, доктор философии, и бывший аспирант UCSF Дерек Саутвелл, доктор медицины, доктор философии.
Преобладающая теория утверждала, что выживание развивающихся нейронов – это что-то вроде игры в музыкальные стулья. Мозг имеет ограниченные возможности для этих ячеек, заставляя их конкурировать друг с другом за несколько доступных слотов. Только те, кто находит место для "сидеть" (и получать сигналы выживания, полученные от других типов клеток) выживут, когда музыка прекратится. Остальные умирают смертельной смертью.
Основываясь на этой теории, команда UCSF ожидала, что только фиксированное и небольшое количество трансплантированных эмбриональных интернейронов выживет в мозге более старых мышей-реципиентов, независимо от того, сколько они пересажены. То, что они обнаружили, было совсем другим: независимо от того, сколько они пересадили, постоянный процент всегда выжил.
"[Эта постоянная скорость выживания] предполагает, что эти клетки, которые, как показали другие совместные исследования, имеют большие терапевтические перспективы, могут быть добавлены в кору в значительных количествах," – сказал Альварес-Буйлла, профессор неврологической хирургии Хизер и Мелани Мусс и член Центра регенеративной медицины и исследований стволовых клеток им. Эли и Эдит Броуд при UCSF.
Прошлые работы в UCSF и других местах показали, что трансплантация этих клеток может создать новый критический период пластичности в мозгу реципиента, уменьшить судороги на животных моделях эпилепсии и уменьшить двигательные расстройства, подобные болезни Паркинсона, у лабораторных крыс. Активность этих клеток часто нарушается при болезни Альцгеймера, и их количество изменяется в мозгу людей, больных шизофренией. При трансплантации в спинной мозг они также помогают уменьшить болевые ощущения.
В текущем исследовании команда UCSF обнаружила, что по мере того, как они меняли количество трансплантированных клеток, выживала постоянная часть этих клеток, а не постоянное количество, что позволяет предположить, что часть клеток обречена на смерть из-за клеточно-автономных механизмов. или что фактор выживания секретируется самими тормозящими нейронами. Работа показывает, что эти интернейроны могут быть трансплантированы в гораздо большем количестве, чем считалось ранее – наблюдение, которое может иметь важные последствия для использования этих клеток для исправления дефектов возбуждающего / тормозного механизма в головном мозге, вызывающем заболевание.
Выживание клеток зависит от неизвестного "Сигналы"
ГАМКергические интернейроны необходимы для функции мозга, поскольку они уравновешивают действие "возбуждающий" нейроны в коре головного мозга, производя тормозные сигналы. Такие заболевания, как эпилепсия, болезнь Альцгеймера, Хантингтона, Паркинсона и шизофрения, все по-разному связаны с нарушениями этого возбуждающего / тормозного баланса, и проблемы с ГАМКергическими интернейронами были зарегистрированы при всех этих заболеваниях.
Эти ГАМКергические интернейроны не рождаются в коре головного мозга – той части мозга, где они в конечном итоге включаются в функциональные цепи. Вместо этого они создаются в отдаленной части развивающегося мозга, а затем мигрируют к своему конечному пункту назначения. В течение десятилетий ученые не знали, как определяется соответствующее количество этих интернейронов, сколько их образуется, когда они умирают и сколько выживают после достижения коры головного мозга. Недавняя публикация касается некоторых из этих неизвестных, но также обнаружила неожиданное наблюдение.
Обычно считается, что количество нейронов определяется наличием сигналов выживания, обеспечиваемых другими клетками-мишенями. Эта идея, широко известная как "нейротрофическая гипотеза," основан на экспериментах 1940-х годов, получивших Нобелевскую премию, показывающих, как определяется выживаемость развивающихся нейронов спинного мозга и периферической нервной системы. Эта работа показала, что выживают только нервные волокна, которые могут правильно соединяться с целями за пределами нервной системы, и что эти цели производят белок, называемый фактором роста нервов, который отвечает за поддержание жизни нервов.
В течение многих лет нейротрофическая гипотеза доминировала над представлениями о том, как и почему клетки мозга живут и умирают. "С тех пор предполагалось, что нейротрофическая гипотеза применима ко всем типам нейронов и всем областям нервной системы," сказал Саутвелл.
Предполагалось, что как только ГАМКергические интернейроны пройдут свой путь к правой части мозга, только те, которые слились с другими нейронами, уже находящимися там, будут защищены белком или каким-либо другим фактором, чтобы остаться в живых. Вместо этого выживаемость трансплантированных интернейронов определялась способом, который не зависел от конкуренции за сигналы выживания, производимые другими типами клеток у реципиентов.
Хотя новые эксперименты не опровергают эту теорию, поскольку она применяется к тому, как нервы вне мозга соединяются со своими мишенями, они предполагают, что с ГАМКергическими интернейронами может происходить что-то еще.