Впервые исследователи использовали смесь небольших молекул для преобразования клеток мозга человека, называемых астроглиальными клетками, в функционирующие нейроны для восстановления мозга. Новая технология открывает дверь к будущей разработке лекарств, которые пациенты могли бы принимать в виде таблеток для регенерации нейронов и восстановления функций мозга, утраченных после травм, инсульта или таких заболеваний, как болезнь Альцгеймера. Предыдущие исследования, такие как традиционная терапия стволовыми клетками, требуют хирургического вмешательства на головном мозге и, следовательно, гораздо более инвазивны и подвержены отторжению иммунной системой и другим проблемам. Исследование, проведенное профессором биологии Гонг Ченом и специалистом Verne M. Уилламан, кафедра естественных наук в Университете штата Пенсильвания, будет опубликован онлайн в журнале Cell Stem Cell в октябре. 15-е, 2015.
"Мы обнаружили смесь небольших молекул, которые могут перепрограммировать астроглиальные клетки человеческого мозга в нейроноподобные клетки после восьми-десяти дней химической обработки," Чен сказал. Нейроны, перепрограммированные исследователями, выжили более пяти месяцев в культуре клеток, где они сформировали функциональные синаптические сети. Ученые также ввели перепрограммированные нейроны человека в мозг живых мышей, где они интегрировались в нейронные цепи и выживали там не менее одного месяца.
"Небольшие молекулы не только легко синтезировать и упаковывать в таблетки, но и намного удобнее для использования пациентами, чем другие методы, разрабатываемые в настоящее время," Чен сказал. Прежде чем обещание новой технологии приведет к появлению таблеток в аптеке, новые исследовательские усилия должны сначала увенчаться успехом благодаря обширным разработкам и испытаниям в лаборатории, а затем через серию клинических испытаний.
В головном мозге есть нервные клетки, называемые нейронами, и еще один вид, называемый глиальными клетками, который включает астроглиальные клетки – оба являются важными компонентами нервной системы мозга. Здоровые астроглиальные клетки окружают нейроны и обеспечивают им поддержку, защиту, кислород и питательные вещества. Но когда ткани мозга повреждены в результате инсульта или травмы, астроглиальные клетки реагируют размножением – иногда настолько, что они забивают нервную систему, образуя рубец. Эти астроглиальные шрамы могут вызывать проблемы со здоровьем, препятствуя регенерации нервов и блокируя нервную связь между различными областями мозга.
Шрамы астроглии были сложной задачей для исследований на протяжении многих десятилетий. Группа Чена ранее изобрела метод преобразования астроглиальных клеток в нейроны с помощью вирусных частиц. Но Чен также хотел выяснить, могут ли небольшие химические соединения, которые, скорее всего, можно было бы упаковать в таблетки для проглатывания, превращать астроглиальные клетки в нейроны.
Пять студентов из исследовательской группы Чена во главе с аспирантом Лэй Чжаном протестировали сотни различных условий и в конечном итоге идентифицировали коктейль из небольших молекул, которые могут превращать человеческие астроглиальные клетки в функциональные нейроны в чашке для культивирования клеток в лаборатории. Студенты обнаружили, что добавление небольших молекул в определенной последовательности трансформировало культивируемые человеческие астроглиальные клетки из плоской многоугольной формы в нейроноподобную форму с длинными "руки" так называемые аксоны и дендриты. "Эти химически сгенерированные нейроны сопоставимы с нормальными нейронами головного мозга с точки зрения возбуждающей электрической активности и высвобождения нейромедиаторов," Чен сказал. "Важно отметить, что нейроны, преобразованные в астроглии человека, выживали более пяти месяцев в культуре клеток и более одного месяца в мозге живой мыши после трансплантации."
Хотя Чен признает, что многие технические проблемы еще не решены, он надеется, что эта новая технология может найти широкое применение в будущем лечении инсульта, болезни Альцгеймера, болезни Паркинсона и других неврологических расстройств. "Мы мечтаем, чтобы в один прекрасный день пациенты с заболеваниями головного мозга могли принимать лекарства дома, чтобы регенерировать нейроны внутри своего мозга без какой-либо операции на головном мозге и без трансплантации клеток," Чен сказал. "Наше изобретение коктейля из малых молекул помогает нам сделать огромный шаг ближе к этой мечте."