Наука

Тюнинг мозга: нервные клетки восстанавливаются

Популярная присказка «Нервы не восстанавливаются» давно уже признана мифом: ученые обнаружили, что в головном мозге из нейрональных стволовых клеток образуются новые нейроны. А теперь нейрофизиологи научились выращивать новые нервы, подводящие сигнал к мышцам.
  • Тюнинг мозга: нервные клетки восстанавливаются

Даже самая могучая машина, способная поднять десятки тонн, становится совершенно беспомощной, когда команды с пульта управления перестают доходить до исполнительных механизмов. При этом силовая установка может быть исправной, но такая мелочь, как отсутствие контакта в информационно-командной системе, приводит к полному обездвиживанию машины. Так и в живом организме: в результате травмы или дегенеративных заболеваний возникает потеря связи между нервной системой и совершенно здоровыми мышцами (паралич).

В таком состоянии живут миллионы людей по всему миру. Вернуть им активность можно двумя способами: восстановив прежний канал коммуникации или проложив новый. Нейрофизиологи из отделения нейромоторики Института неврологии Лондонского университетского колледжа с коллегами из Медицинского исследовательского совета Центра нейробиологии Лондонского королевского колледжа пошли по второму пути. Они вырастили внутри организма мышей новые работающие нервы.

От пробирки до организма

Идея состояла в том, чтобы в область разрыва волокон пересадить нейроны, полученные в пробирке (in vitro). Их отростки должны постепенно вытянуться в нужном направлении и образовать альтернативный кабель, который (в научных целях) можно включать и выключать с помощью методов оптогенетики. В мышиные эмбриональные стволовые клетки ученые внедрили ген светочувствительного белка, каналродопсина-2 (ChR2), а затем из этого клеточного материала вырастили молодые моторные нейроны мыши (класс нейронов, соединяющихся с мышечной тканью). Такие клетки могут возбуждаться под действием света.

Затем у взрослых мышей в области бедра нитью перетягивали седалищный нерв, блокируя сигнал к мышцам задней лапы. Чтобы вернуть мышцам работоспособность и заодно проверить свою методику, ученые подсадили в бедренную нервную ткань смесь стволовых клеток и выращенных ранее молодых нейронов (так называемые эмбриоидные тельца). Новые клетки прижились, нейроны созрели и в течение месяца отрастили вдоль седалищного нерва длиннющие аксоны, достигнув соответствующих групп мышц. Гистологический анализ показал, что необходимые соединения с мышцами установлены, а методы оптогенетики позволили убедиться, что они работают.

Перспективы данной методики вполне очевидны: если не удается восстановить неработающие связи внутри организма, можно создать новые. В то же время до применения в медицине и помощи больным еще очень далеко. Прежде всего нужно изучить долговременный эффект пересадки нейронов, желательно на протяжении лет, а не месяцев. Опыты на мышах не гарантируют, что методика будет работать на людях, — это также придется проверять. Нужны крошечные светодиоды, которые имплантируются в ткань, и безопасные средства доставки генов. Это задачи на будущее. Работа британских нейрофизиологов показывает принцип, возможную стратегию восстановления функций периферической нервной системы. Это достоверно работает в живом организме, но масса важнейших экспериментов еще впереди.

Оптика в биологии

Вместе с тем нет никаких сомнений, что оптические технологии будут все активнее проникать в медицину. Если оптогенетика пока остается исключительно исследовательским инструментом, то лазеры, например, уже вовсю применяются в различных приложениях. Это прежде всего фототермолиз, который позволяет убирать шрамы, рубцы и прочие новообразования на коже за счет избирательного разрушения путем нагрева лазером выбранных клеток-мишеней. Кроме того, лазер используют для заживления ран и трофических язв. Мощным способом его применения в перспективе стала бы технология активации лекарств внутри организма. Если действие лекарства запускается светом, можно добиться очень точного выбора, когда и в какой точке тела оно должно сработать. Это существенно изменило бы клиническую практику и разработку препаратов. А в сочетании с оптогенетикой управляемость возрастет еще на порядок. Специалисты смогут извне задать не только время и место активности лекарства, но и то, какие клетки на него отреагируют. В рамках стратегии, описанной в статье, с помощью лазера можно было бы контролировать вытяжение аксонов нервных клеток, буквально указывая им путь. Для этого нужны активируемые лазерным лучом нейротрофины (молекулы, способствующие росту) и восприимчивость к ним нейронов, включаемая оптогенетически. Так можно обеспечить точную прокладку новых нервных волокон, причем исключительно вновь подсаженными клетками. Прогресс в этой области стремительный, и отдельные фантазии рано или поздно становятся реальностью.

Линда Гринсмит

  • Тюнинг мозга: нервные клетки восстанавливаются
  • Профессор Центра нейромышечных заболеваний Института неврологии Лондонского Университетского колледжа

«Наш метод восстановления работоспособности парализованных конечностей имеет серьезные преимущества перед традиционными. Электрическая стимуляция нервов может быть болезненной и приводит к быстрой усталости мышц. Более того, если моторные нейроны разрушены в результате травмы или заболевания, электрическая стимуляция попросту бесполезна. Лет через пять мы надеемся довести нашу методику до испытаний на людях и, возможно, разработать лечение для людей с парализованными мышцами — в частности, для тех, кто утратил способность дышать самостоятельно из-за паралича мышц диафрагмы, — создав что-нибудь наподобие оптического стимулятора моторных нейронов».

Избирательный подход

  • Тюнинг мозга: нервные клетки восстанавливаются

Активировать нейроны можно простым способом, подавая на них электрический разряд. Но в этом случае происходит воздействие на все клетки в области электрода. Если же нужно включать клетки избирательно, в данном случае только пересаженные нейроны, ученые используют методы оптогенетики (см. «ПМ» № 5’2014). Короткими вспышками света нейрофизиологи освещали нервную ткань на задних лапах мышей, находившихся под анестезией, и наблюдали сокращение мышц в ответ, в полном соответствии со стимуляцией. Можно заключить, что нейроны из пробирки не только разряжались электрическим импульсом, но и успешно доводили его до мышц по своим отросткам. Иными словами, они взяли на себя обязанности перетянутого (отключенного) нерва.

No Comments

    Leave a Reply

    Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте как обрабатываются ваши данные комментариев.