Как повысить урожайность нейронов
Полимерная подложка увеличила приживаемость нейронов в мозге в 38 раз
Екатерина Русакова, N+1
Американские ученые разработали технологию, позволяющую увеличить рост и повысить приживаемость нейронов, выращенных из стволовых клеток и введенных в мозг мышей. Результаты исследования опубликованы в Nature Communications (Carlson et al., Generation and transplantation of reprogrammed human neurons in the brain using 3D microtopographic scaffolds).
Биополимеры на основе аминокислот были сконструированы для биомедицинских исследований. Ранее ученые выяснили, что трехмерная подложка, сделанная из биополимерных волокон на основе аминокислоты тирозина, поддерживает рост, самообновление и направленную дифференциацию человеческих эмбриональных стволовых клеток. В биополимерном субстрате клетки становятся менее подвижными, поэтому организация клеточной колонии меняется и взаимодействие между клетками улучшается.
Авторы работы дифференцировали человеческие индуцированные плюрипотентные стволовые клетки в клетки нейронов, при этом они выращивали клеточные культуры на трехмерных подложках («толстой» и «тонкой») с разной толщиной полимерных волокон (3,2 и 1,25 микрометров соответственно) и разным расстоянием между ними.
«Оптимальный размер пор должен быть достаточно большой, чтобы они позволяли клеткам развиваться внутри подложки, но при этом достаточно маленький, чтобы созревшие нейроны «чувствовали» присутствие соседних клеток и выращивали нервные отростки, устанавливая контакт между ними. Такой контакт увеличивает выживаемость клеток и позволяет им созревать до полноценных нейронов, которые способны передавать электрический сигнал по всей растущей нейронной сети», – объясняет (в пресс-релизе университета Rutgers Future Brain Therapies for Parkinson's Possible with Stem Cell Bioengineering Innovation) один из авторов исследования, профессор университета Ратгера Прабхас Могхе (Prabhas Moghe).
Согласно гипотезе исследователей, на «толстой» подложке, за счет проникновения клеточной культуры вглубь субстрата и лучшего взаимодействия стволовых клеток между собой, рост клеток будет лучше и процент созревших нейронов будет выше. В то время как у «тонкой» подложки расстояние между волокнами слишком велико и клетки не смогут проникать внутрь полимерной ткани. В качестве контроля ученые использовали двухмерную биополимерную пленку.
Как и предполагали ученые, на «толстой» биополимерной подложке выросло больше жизнеспособных и созревших нейронов. 65 процентов клеток, выращенных на «толстой» трехмерной подложке вырабатывали белки, необходимые для роста нервных отростков. Для «тонкой» подложки показатель был ниже – 50 процентов, и только 40 процентов клеток, выращенных на контрольной подложке, созрели и оказались способны синтезировать необходимые для роста белки.
Чтобы выяснить, как выращенные нейроны будут приживаться в мозговой ткани, авторы исследования делали инъекции нейронов на полимерной подложке, и отдельных нейронов, выращенных как клеточная культура, в полосатое тело (отдел мозга) мышей.
*Полосатое тело входит в структуру конечного мозга (переднего отдела головного мозга). Оно называется так потому, что на фронтальных и горизонтальных сечениях головного мозга выглядит как чередующиеся полосы серого и белого вещества. Полосатое тело регулирует мышечный тонус, участвует в регуляции работы внутренних органов, в формировании условных рефлексов. При развитии неизлечимой болезни Паркинсона, которая характеризуется мышечной ригидностью, непроизвольным дрожанием (тремором) конечностей и ухудшением двигательной активности, двигательные нейроны полосатого тела погибают.
Через три недели после инъекции ученые проверили выживаемость нейронов. Оказалось, что выжило 5,75 процента нейронов, выращенных и введенных в мозг вместе с полимерной подложкой, что в 38 раз выше, чем выживаемость (0,15 процента) отдельных нейронов.
Отростки человеческих нейронов (красные) прорастают через полимерную подложку.
Prabhas Moghe / Rutgers University
Исследователи считают, что представленная технология позволит разработать метод лечения нейродегенеративных болезней, в частности болезни Паркинсона.
Портал «Вечная молодость» http://vechnayamolodost.ru
21.03.2016