Ученые из Института Гладстона впервые преобразовали клетки кожи – с одним генетическим фактором – в клетки, которые сами по себе развиваются во взаимосвязанную функциональную сеть клеток мозга. Исследование дает новую надежду в борьбе со многими неврологическими состояниями, потому что ученые ожидают, что такая трансформация или перепрограммирование клеток может привести к созданию более совершенных моделей для тестирования лекарств от разрушительных нейродегенеративных состояний, таких как болезнь Альцгеймера.
Это исследование проводится в то время, когда повышенное внимание уделяется болезни Альцгеймера, которой в настоящее время страдают 5 человек.4 миллиона человек только в Соединенных Штатах – ожидается, что к 2050 году эта цифра почти утроится. Тем не менее, нет одобренных лекарств для предотвращения или обращения вспять прогрессирования этого изнурительного заболевания.
В результатах, опубликованных сегодня в Интернете в журнале Cell Stem Cell, исследователи из лаборатории исследователя из Гладстона Ядун Хуанга, доктора медицины, доктора философии, описывают, как они передали единственный ген под названием Sox2 в клетки кожи мыши и человека. В течение нескольких дней клетки кожи трансформируются в стволовые клетки головного мозга на ранней стадии, также называемые индуцированными нервными стволовыми клетками (iNSC). Эти iNSC начали самообновляться, вскоре превратившись в нейроны, способные передавать электрические сигналы. В течение месяца нейроны превратились в нейронные сети.
"Многие лекарственные препараты-кандидаты, особенно разработанные для нейродегенеративных заболеваний, терпят неудачу в клинических испытаниях, потому что современные модели не позволяют точно предсказать влияние лекарств на человеческий мозг," сказал доктор. Хуанг, который также является адъюнкт-профессором неврологии Калифорнийского университета в Сан-Франциско (UCSF), с которым связан Гладстон. "Человеческие нейроны, полученные из переработанных клеток кожи, могут помочь оценить эффективность и безопасность этих препаратов, тем самым уменьшая риски и ресурсы, связанные с испытаниями на людях."
Доктор. Выводы Хуанга основаны на работе других ученых Гладстона, начиная с исследователя Гладстона, Шиньи Яманака, доктора медицины, доктора философии. В 2007 г. Яманака использовал четыре генетических фактора, чтобы превратить клетки кожи взрослого человека в клетки, которые действуют как эмбриональные стволовые клетки – так называемые индуцированные плюрипотентные стволовые клетки.
Также известные как iPS-клетки, эти клетки могут стать практически любым типом клеток в организме человека, как и эмбриональные стволовые клетки. Затем в прошлом году старший исследователь Гладстона Шэн Дин, доктор философии, объявил, что он использовал комбинацию небольших молекул и генетических факторов для преобразования клеток кожи непосредственно в нервные стволовые клетки. Сегодня доктор. Хуанг применяет новый подход, используя один генетический фактор – Sox2 – для прямого перепрограммирования одного типа клеток в другой, не возвращаясь в плюрипотентное состояние.
Избегая плюрипотентного состояния, как доктор. Дин и Хуанг разработали один из подходов к предотвращению потенциальной опасности, которая "Изгой" iPS-клетки могут развиться в опухоль, если их использовать для замены или восстановления поврежденных органов или тканей.
"Мы хотели посмотреть, могут ли эти вновь сгенерированные нейроны привести к росту опухоли после их трансплантации в мозг мыши," сказала Карен Ринг, аспирантка UCSF в области биомедицинских наук и ведущий автор статьи. "Вместо этого мы увидели, как перепрограммированные клетки интегрировались в мозг мыши, и ни одна опухоль не развивалась."
Это исследование также выявило точную роль Sox2 как главного регулятора, контролирующего идентичность нервных стволовых клеток. В будущем доктор. Хуанг и его команда надеются идентифицировать аналогичные регуляторы, которые направляют развитие определенных нейронных предшественников и подтипов нейронов в головном мозге.
"Если мы сможем точно определить, какие гены контролируют развитие каждого типа нейронов, мы сможем сгенерировать их в чашке Петри из одного образца клеток кожи человека," сказал доктор. Хуанг. "Затем мы могли бы протестировать лекарства, которые влияют на разные типы нейронов – например, те, которые участвуют в болезни Паркинсона – помогая нам ускорить разработку лекарств от нейродегенеративных заболеваний."