Ишемический инсульт – состояние, которое возникает на фоне повреждения тканей головного мозга из-за нарушенного кровообращения в сосудах и сопровождается различными неврологическими признаками. Повреждение провоцирует активное деление глиальных клеток. Американские ученые выяснили, как преобразовать глиальные клетки в нейроны.
В головном мозге насчитывается около 86 миллиардов нейронов, но миллиарды из них могут быть утрачены после инсульта даже средней степени тяжести. Для восстановления двигательных функций необходимо регенерировать клетки мозга.
Старые подходы основывались на нейронных стволовых клетках (НСК) и трансплантированных нейронных клетках-предшественниках. Хотя последний подход продемонстрировал многообещающие результаты, он не прошел клинические испытания. Использование НСК приводило только к реактивному астроглиальному делению, а не к появлению нейронов. Кроме того, инородные НСК нередко вступают в конфликт с иммунной системой. Однако самым большим препятствием для восстановления мозга является то, что нейроны почти не способны к саморегенерации. За последние несколько десятилетий многие клинические исследования провалились, в основном потому, что ни одно из них не смогло восстановить достаточно новых нейронов для восполнения утраченных.
В этом исследовании ученые использовали глиальные клетки – наиболее распространенный тип клеток в мозге. Они обладают поддерживающими и иммунными функциями, располагаются вокруг нейронов по всему мозгу, оставаясь способными к клеточному делению и регенерации, и фактически активно это делают, чтобы излечить мозг. Так образуются глиальные рубцы в мозге после травмы.
Учёные работали над глиальными клетками, находящимися в мозге по соседству с уже мертвыми клетками, превращая их в нейроны. Логическое обоснование этого метода состоит в том, что глиальные соседи нейронов, вероятно, происходят из одного и того же типа клеток, что облегчает преобразование.
Более ранние исследования той же группы учёных показали, как ген, кодирующий нейронный транскрипционный фактор NeuroD1, превращает клетки нейроглии в нейроны с функциональной нервной активностью в мозге мышей с болезнью Альцгеймера. Это метко назвали «клеточной терапией на основе генной терапии». Однако только небольшое количество клеток было успешно преобразовано из-за неверно подобранного ретровирусного вектора, используемого для доставки терапевтического гена в мозг.
На этот раз был выбран вирусный вектор AAV, который успешно использовался во многих подобных экспериментах и заражал как делящиеся, так и не делящиеся клетки. Ген был загружен в AAV и таким образом доставлен в моторную кору головного мозга мышей на 10-й день после инсульта, когда было показано, что происходит реактивный астроглиоз.
Эта система была создана для обеспечения экспрессии более высоких или значительных уровней NeuroD1 в поврежденных областях, особенно внутри рубцовых глиальных клеток, превращая их таким образом в нервные клетки, чтобы количество функционирующих нейронов в поврежденной области резко возросло и уменьшило потерю мозговой ткани. Учёные отметили, что треть мертвых нейронов была заменена преобразованной астроглией, в то время как другая треть была защищена от травм. Это поспособствовало восстановлению нервной системы. Преобразования были подтверждены методами РНК-секвенирования и процедурами иммуноокрашивания. Двигательные тесты, такие как извлечение пищевых гранул и ходьба по сетке, были выполнены как до, так и после ишемической травмы и показали восстановление функции мозга до 80% или более от уровня, установленного до травмы
Новые нейроны были удивительно похожи на старые, то есть можно предполагать, что тип клетки, которая дает начало астроглии, влияет и на тип нейронов.
Более того, недавно сформированные нервные клетки функционировали так, как они должны, генерируя нервные импульсы и формируя связи с другими «оригинальными» нейронами в синаптических сетях. У этих нейронов отрастали длинные аксоны в правильном направлении, чтобы достичь и установить контакт с соответствующими клетками-мишенями, и в целом этот процесс помогал ускорить восстановление двигательных функций у мышей.
Другое преимущество нового подхода состоит в том, что даже через 10 дней после ишемической травмы может произойти эффективное преобразование астроглии. Это значительно расширяет возможности для лечения пациентов в отдаленных местах или в слаборазвитых регионах. Головной мозг богат на глиальные клетки, что позволяет повсеместно использовать их в качестве ресурса для регенерации нейронов.
Учёные планируют дальше тестировать эту технологию и, в конечном счете, создать клинически эффективный метод лечения на благо миллионов пациентов по всему миру.
Статья Chen et. al A NeuroD1 AAV-Based Gene Therapy For Functional Brain Repair After Ischemic Injury Through In Vivo Astrocyte-To-Neuron Conversion опубликована в журнале Molecular Therapy.
Елена Панасюк, портал «Вечная молодость» http://vechnayamolodost.ru по материалам PennState Eberly College of Science: Gene therapy helps functional recovery after stroke.
