Транспланты смогут восстанавливать системы мозга (ФОТО)

Результаты недавнего исследования указывают на то, что важнейшие области мозга млекопитающих восстановимы

Трансплантаты нейронов восстановили мозговую схему и в значительной степени нормализовали функцию у мышей с заболеванием мозга.

Сотрудники из Гарвардского университета, больницы штата Массачусетс, Медицинского центра имени Бет Исраэль (BIDMC) и Медицинской школы Гарварда (HMS) пересадили нормально функционирующие эмбриональные нейроны в гипоталамус мышей, которые не реагировали на лептин - гормон, который регулирует метаболизм и управляет массой тела всех млекопитающих. Мыши проявляли признаки сильного ожирения, но трансплантаты нейронов восстановили дефектные мозговые процессы, и вес начал нормализовываться.

Попытка восстановления мозга на клеточном уровне гипоталамуса - важной и сложной области мозга, которая отвечает за голод, метаболизм, температуру тела и основные поведенческие аспекты, такие как сексуальность и агрессия, - указывает на возможность новых терапевтических подходов даже к проблемам, которые считались нерешаемыми. К таким относятся повреждение спинного мозга, аутизм, эпилепсия, болезнь Лу Герига, болезнь Паркинсона и болезнь Гентингтона.

В 2005 году Джеффри Флаер, декан Медицинской школы Гарварда, провел исследование, результаты которого показали, что экспериментальный препарат может «ввести» в гипоталамус новые нейроны. Но, несмотря на то, что открытие было феноменальным, исследователи не были уверены в том, что новые клетки будут функционировать, как нормальные нейроны.

Лаборатория Джеффри Макклис, преподавателя Гарвардского университета, в течение нескольких лет работала над разработкой подходов к успешной пересадке нейронов в кору головного мозга мышей с нейродегенерацией. Джеффри Флаер, Джеффри Макклис и Мэтью Андерсон, профессор медицины в области патологии мозга, объединились, чтобы продолжить исследование вместе.

Джефри Макклис

Группа ученых использовала модель дисфункции мозга, не реагирующего на лептин. По результатам предшествующего исследования ученые знали, что существует четыре основных класса нейронов, которые позволяют мозгу обрабатывать передачу сигналов лептина. Также исследователи тщательно изучали недоразвитые нейроны, которые взяли из гипоталамуса больных мышей. Установив, какие нейроны нужны в качестве трансплантатов и какого уровня развития они должны быть, ученые должны были определить правильную микроскопическую область гипоталамуса, куда нужно поместить трансплантаты. Для этого они использовали технику, названную микроскопией ультразвука высокого разрешения. Исследователи наметили три точки, куда нужно было пересадить здоровые нейроны. В ходе операции врачи пересадили 15 тысяч новых нервных клеток.

Ю-Донг-Зу из лаборатории Андерсона выполнил всесторонний электрофизиологический анализ пересаженных нейронов и их функции в схеме мозга получателя, используя флуоресцентный белок (которыми были отмечены нейроны) как маркер.

Эти нейроны пережили процесс трансплантации и начали развиваться как здоровые. Новые нейроны объединились функционально в схему с родными, отвечая на лептин, инсулин и глюкозу. Рассматриваемые мыши начали весить приблизительно на 30 процентов меньше, чем их невылеченные братья, в очень короткие сроки.

Экспериментальные мыши. Справа – мышь, которой трансплантировали здоровые нейроны, слева – мышь, которая не подвергалась никакому лечению

Команда исследовала точную степень «приживания» нейронов, изучая особенности отдельных нейронов и пар в мельчайших деталях, используя различные техники. Поскольку новые клетки были маркированы флуоресцентными признаками, их местонахождение было легко определить.

Команда обнаружила, что недавно пересаженные нейроны общались с родными нейронами получателя через обычные синаптические контакты и мозг нормально реагировал обратно. Отвечая на лептин, инсулин и глюкозу, эти нейроны эффективно присоединились к мозговой сети и полностью восстановили поврежденную схему.

«Интересно отметить, что эти эмбриональные нейроны проводили сигналы с меньшей точностью, чем можно было бы ожидать, - сказал Флайер. - Но это не имело значения. В некотором смысле эти нейроны походят на антенны, которые немедленно смогли принять сигнал лептина. С точки зрения энергетического баланса, я поражен, что относительно небольшое количество генетически нормальных нейронов может так эффективно восстановить схему мозга».

«Тот факт, что эти эмбриональные клетки настолько эффективны при объединении с родной нейронной схемой, делает нас вполне уверенными, что скоро мы начнем применять подобные методы к другим неврологическим и психиатрическим болезням», - сказал Андерсон.

Исследователи называют свои результаты доказательством концепции более широкого масштаба, согласно которой можно изменить дефектные сложные процессы в мозге млекопитающего.

Цветом обозначены общие черты в функциональной организации головного мозга человека и мыши

«Следующим шагом для нас будет исследование возможности «исправления» серьезных заболеваний, - сказал Макклис. – Мы должны узнать, в каких случаях мы можем восстановить схему в мозге млекопитающих, а в каких - нет».

Это исследование финансировалось Национальным институтом здоровья США, Фондом Джейн и Ли Сейдман для исследования центральной нервной системы, Фондом Эмили и Роберта Перлштейн для реконструкции нервной системы, Фондом Пикауэра, Национальным институтом неврологических расстройств и другими учреждениями.