Астроциты, которые долгое время считались простыми наблюдателями, имеют решающее значение для выживания и благополучия мотонейронов, которые контролируют произвольные движения мышц. Фактически, дефектные астроциты могут разрушать двигательные нейроны и являются основными подозреваемыми в заболевании, вызывающем истощение мышц, боковом амиотрофическом склерозе (БАС).
Чтобы разобраться в этих сложных отношениях, исследователи из Института биологических исследований Солка впервые создали систему на основе эмбриональных стволовых клеток человека (hESC) для моделирования БАС. Их исследование подтвердило, что дисфункциональные человеческие астроциты выступают против своих обвинений и убивают здоровые мотонейроны. Но что еще более важно, обработка культивируемых клеток апоцинином, мощным антиоксидантом, предотвращала гибель мотонейронов, вызванную неисправностью астроцитов.
Их выводы, опубликованные в декабре. 4-й выпуск журнала Cell Stem Cell дает новое представление о токсических путях, которые способствуют гибели мотонейронов при БАС, и открывает новые возможности для экспериментов по скринингу лекарств с использованием моделей БАС человека in vitro, а также клинических вмешательств с использованием астроцитов. клеточная терапия.
"Ряд препаратов, продемонстрировавших значительную эффективность на моделях на мышах, не оправдал ожиданий как в доклинических, так и в клинических испытаниях," говорит Фред Х. Гейдж, Ph.D., профессор лаборатории генетики, руководивший исследованием. Фактически, только один препарат – рилузол – был одобрен FDA для лечения БАС, и он замедляет течение болезни только на два месяца.
"Существует острая потребность в новых моделях БАС, которые могут быть использованы в клинических испытаниях и которые, как минимум, могут использоваться вместе с моделями на мышах для проверки лекарств и мишеней для лекарств," говорит Гейдж.
БАС, также известный как болезнь Лу Герига, был назван в честь легендарного нью-йоркского янки-слаггера, который дал свое имя загадочной болезни более 60 лет назад. Обычно со смертельным исходом нейродегенеративное заболевание поражает двигательные нейроны, контролирующие произвольные движения, что приводит к прогрессирующему параличу и атрофии мышц.
Хотя БАС был впервые классифицирован как заболевание более 140 лет назад, до сих пор существует мало ключей к разгадке его причины. Важный шаг к пониманию этого заболевания был сделан, когда ученые обнаружили, что БАС может быть вызван наследственными мутациями в гене, кодирующем фермент SOD1, сокращенно от супероксиддисмутазы 1. Этот фермент защищает организм от повреждений, вызванных свободными радикалами, высокореактивными молекулами, вырабатываемыми клетками во время нормального метаболизма.
Моторные нейроны спинного мозга экспрессируют высокие уровни SOD1, что, по мнению многих, может объяснить их избирательную уязвимость. Но вскоре эксперименты на мышах показали, что дегенерация моторных нейронов не обязательно связана с экспрессией дефектного SOD1 в моторных нейронах как таковых, а скорее с его экспрессией в критическом количестве соседних поддерживающих клеток.
Поскольку большинство методов лечения, которые работали на моделях мышей с БАС, не оправдали ожиданий в доклинических и клинических испытаниях, постдокторский исследователь и первый автор М. Кэрол Маркетто, доктор философии.D., искал альтернативу: "Трансгенные мыши, содержащие человеческие мутированные формы SOD1, были очень полезны для изучения начала и прогрессирования заболевания. Но мы чувствовали, что модели клеточных культур, использующие как человеческие нейроны, так и астроциты, потенциально могут быть очень полезны для скрининга лекарств и, в некоторой степени, для заместительной терапии клеток."
Чтобы раскрыть вклад астроцитов в дегенерацию моторных нейронов человека, Маркетто сначала убедил чЭСК дифференцироваться в моторные нейроны посредством серии физических манипуляций и воздействия ряда факторов роста. Когда она совместно культивировала эти клетки с человеческими астроцитами, экспрессирующими мутированную форму SOD1, количество живых мотонейронов в чашке Петри резко упало. "При наличии мутации астроциты активировали воспалительную реакцию и начали продуцировать активные формы кислорода, что является признаком БАС," говорит Маркетто.
Когда она обрабатывала эти клетки известными антиоксидантами, такими как апоцинин, который содержится во многих растениях, эпикатехин, один из полезных ингредиентов зеленого чая и шоколада, или альфа-липоевая кислота, которая вырабатывается организмом, процент взбалтывания астроцитов количество вредных активных форм кислорода значительно уменьшилось. Мало того, когда она обрабатывала мотонейроны, культивируемые в присутствии мутантных астроцитов, апоцинин – единственный, проверенный в эксперименте по совместному культивированию – помог мотонейронам противостоять их больше не поддерживающей среде.
"Мы считаем, что можем использовать эту систему в качестве быстрого скринингового теста на окислительное повреждение, чтобы определить лучших кандидатов для последующих долгосрочных экспериментов по совместному культивированию," говорит Маркетто.
Хотя исследования эффектов мутации гена SOD1 дают важные подсказки о возможных причинах смерти мотонейронов, только небольшая часть всех случаев БАС на самом деле связана с мутацией; явно существуют другие, еще не идентифицированные генетические причины.
"Быстрый прогресс в технологии индуцированных плюрипотентных стволовых клеток скоро позволит нам создавать стволовые клетки для конкретных пациентов, которые можно использовать в нашем анализе совместного культивирования, чтобы получить новое представление о различных причинах БАС," говорит Гейдж.
Источник: Институт Солка