Новый метод репрограммирования фибробластов в нейроны

Астроциты помогают дифференциации нейральных стволовых клеток в зрелые нейроны

LifeSciencesToday по материалам Penn State University:
Alzheimer's, Schizophrenia, and Autism Now Can Be Studied with Mature Brain Cells Reprogrammed from Skin Cells

Сложные для исследования заболевания, такие как болезнь Альцгеймера, шизофрения, аутизм, теперь можно будет изучать более безопасно и эффективно – с помощью инновационного метода получения зрелых нейронов головного мозга, полученных из перепрограммированных клеток кожи.

Руководитель исследовательской группы Гун Чэнь (Gong Chen), профессор биологии Университета штата Пенсильвания (Penn State University), считает, что самым захватывающим в его работе является то, что она дает надежду на прямое моделирование заболеваний, позволяя создавать в чашке Петри зрелые человеческие нейроны, очень похожие на естественные нейроны человеческого мозга. По его мнению, результаты этого исследования, опубликованные в журнале Stem Cell Research (Tang et al., Astroglial cells regulate the developmental timeline of human neurons differentiated from induced pluripotent stem cells), могут помочь в разработке персонализированных методов лечения, основанных на генетической и клеточной информации конкретного пациента.

«Конечно же, что мы не хотим брать клетки из чьего-либо мозга, чтобы проводить на них эксперименты, поэтому воссоздание нейронов пациента в чашке Петри – наилучшая альтернатива для научных исследований и скрининга лекарственных препаратов», – говорит профессор Чэнь.

Ученые уже знают, как перепрограммировать клетки кожи пациентов в неспециализированные, или недифференцированные, так называемые индуцированные плюрипотентные стволовые клетки (iPSCs, ИПСК). Плюрипотентные стволовые клетки – своего рода чистый лист. В процессе развития они дифференцируются в различные специализированные типы клеток, такие как клетки мышц, головного мозга или крови. Таким образом, после получения ИПСК из клеток кожи ученые могут перепрограммировать их в нейроны, которые можно без риска для пациента изучать в чашке Петри.

Профессор Чэнь и его коллеги нашли более эффективный способ дифференцировать индуцированные плюрипотентные стволовые клетки в зрелые человеческие нейроны. В своей естественной среде нейроны всегда находятся в непосредственной близости от звездчатых клеток глии – астроцитов, в изобилии присутствующих в мозге и помогающих нормальному функционированию нейронов.

«Так как нейроны головного мозга находятся рядом с астроцитами, мы предположили, что этот прямой физический контакт может быть неотъемлемой составной частью роста и здорового состояния нейронов», – продолжает Чэнь.

Чтобы проверить эту гипотезу, он и его коллеги начали с культивирования полученных из ИПСК нейральных стволовых клеток, обладающих потенциалом дифференцировки в нейроны. Нейральные стволовые клетки культивировались на слое астроцитов толщиной в одну клетку, и, таким образом, эти два типа клеток физически соприкасались друг с другом.

«Мы установили, что культивируемые на астроцитах нейральные стволовые клетки гораздо более эффективно дифференцировались в зрелые нейроны», – говорит Чэнь. «Как будто бы астроциты подбадривали стволовые клетки, говоря им, что делать, и помогая следовать своей судьбе – становиться нейронами».

При культивировании с астроцитами человеческие нейральные стволовые клетки (показаны красным),
первоначально перепрограммированные из взрослых клеток кожи,
эффективно дифференцируются в зрелые нейроны (показаны зеленым).
(Фото: Chen lab, Penn State University)

Проведенный учеными эксперимент подтвердил преимущество нейронов, выросших рядом с астроцитами: они имели значительно больше синаптических событий – межнейронных сигналов. В другом эксперименте – на нейральных стволовых клетках, развивавшихся рядом с астроцитами в течение всего одной недели, – исследователи продемонстрировали, что вновь дифференцированные нейроны генерируют потенциал действия – быструю электрическую волну возбуждения, свойственную всем нейронам головного мозга. В заключительном тесте они смешали человеческие нейральные стволовые клетки с мышиными нейронами.

«Мы обнаружили, что всего через неделю человеческие и мышиные нейроны начали активную «перекличку». Такая перекличка происходит, когда нейрон контактирует с соседними нервными клетками и высвобождает химические вещества – нейромедиаторы, – модулируя активность соседей», – комментирует эксперимент Чэнь.

«Раньше ученые могли получить клетки мозга пациентов с такими заболеваниями, как болезнь Альцгеймера, шизофрения и аутизм, только после смерти больных», – продолжает профессор. «Теперь можно взять клетки кожи у живых пациентов – безопасная и минимально инвазивная процедура – и перепрограммировать их в клетки головного мозга, имитирующие функции собственных клеток пациента. Кроме того, с помощью этого метода ученые могут выяснить, насколько тот или иной лекарственный препарат повлияет на клетки мозга конкретного больного. Пациентам не нужно будет принимать и, по сути, испытывать на себе лекарства, что устранит риск серьезных побочных эффектов.

«Пациент станет морской свинкой для разработки препарата для своего лечения, но необходимость экспериментировать непосредственно на нем отпадет», – заключает ученый.

Портал «Вечная молодость» http://vechnayamolodost.ru
17.06.2013