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.
Денис Тулинов
2
70246

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.

a:2:{s:4:"TYPE";s:4:"html";s:4:"TEXT";s:2802:"

Линда Гринсмит

  • Профессор Центра нейромышечных заболеваний Института неврологии Лондонского Университетского колледжа
    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

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.
«;}

Статья «Свет и нервы» опубликована в журнале «Популярная механика» (№140, июнь 2014).

Комментарии

2 комментария