У світі неврології відбулася подія, яка може радикально змінити наше уявлення про людський мозок і способи лікування пов’язаних з ним захворювань. Вченим вдалося досягти неймовірного прогресу: в лабораторних умовах успішно вирощено понад 400 різних типів нервових клітин зі стовбурових клітин. Цей прорив є ключовим кроком на шляху до відтворення складної структури мозку і являє собою величезний потенціал для боротьби з такими хворобами, як хвороба Альцгеймера і Паркінсона.
Мозок: симфонія нейронів
Людський мозок-це не просто орган, а складна система, в якій кожна клітинка грає свою унікальну роль. Нейрони, основні “гравці” цієї системи, відрізняються один від одного за безліччю параметрів: розміром, формою розгалужених структур, способом з’єднання з іншими нейронами, а також за типом виділяються хімічних речовин – нейротрансмітерів. Залежно від класифікації, вчені виділяють від декількох сотень до декількох тисяч різних типів нейронів, кожен з яких спеціалізується на виконанні певних завдань. Різноманітність нейронів в корі головного мозку і середньому мозку значно відрізняється, що підкреслює їх індивідуальну роль в загальній роботі системи.
Поза традиційними методами: новий підхід до культури нейронів
Ранні спроби культивування нервових клітин в лабораторних умовах, в так званих чашках Петрі, не могли відобразити всю складність і різноманітність типів нейронів, що існує в людському мозку. До цього моменту Генетична інженерія та застосування сигнальних молекул дозволили створити лише кілька десятків типів нервових клітин. Вчені усвідомлювали, що цього недостатньо для детального вивчення складних неврологічних процесів.
“При вивченні захворювань часто використовуються нервові клітини, отримані зі стовбурових клітин. Однак часто не приділяється належної уваги тому, з якими саме типами нейронів працюють дослідники”, – підкреслює професор Барбара Треутляйн з ETH Zurich. – “Для розробки ефективних моделей клітинних культур, спрямованих на лікування таких хвороб, як хвороба Альцгеймера, Паркінсона і депресія, необхідно точно знати, які саме типи нейронів задіяні в процесі.”
Більше 400 типів нейронів: нова ера досліджень мозку
Команда професора Треутлейна здійснила справжній прорив, успішно створивши в лабораторії понад 400 різних типів нервових клітин. Цей результат відкриває перед вченими нові горизонти в неврологічних дослідженнях, дозволяючи проводити більш точні і деталізовані експерименти на клітинних культурах.
Морфогени: ключі до формування мозку
Унікальний метод, розроблений вченими, заснований на роботі з культурою індукованих плюрипотентних стовбурових клітин людини. Вони використовували генну інженерію Для активації специфічних генів-регуляторів нейронів і обробляли клітини різними морфогенами – сигнальними молекулами, відомими з досліджень ембріонального розвитку. Морфогени відіграють вирішальну роль у формуванні ембріона, визначаючи положення клітин та їх спеціалізацію. В ході експериментів вчені використовували сім морфогенів в різних комбінаціях і концентраціях, що призвело до проведення майже 200 різних експериментів.
Що таке морфогени?Ці молекули, що поширюються по ембріону в різних концентраціях, створюють просторові градієнти, визначаючи долю кожної клітини. Уявіть собі карту, де колір кожної ділянки вказує на те, який орган або тканину там буде сформований. Аналогічно, морфогени визначають, де повинен рости певний тип нейрона в мозку, що формується.
Підтвердження: аналіз на рівні окремих клітин
Для підтвердження отриманих результатів вчені провели ряд аналізів, досліджуючи РНК (і, отже, генетичну активність) на рівні окремих клітин, а також зовнішній вигляд клітин і їх функції: тип клітинного відростка, кількість виділених нейротрансмітерів і електричні імпульси. Дані були зіставлені з інформацією з баз даних про нейронах людського мозку, що дозволило ідентифікувати типи створених клітин, визначити їх походження (наприклад, периферична нервова система або певну ділянку головного мозку), а також встановити, які сенсорні сигнали вони обробляють (біль, холод, рух).
Від моделювання захворювань до нових методів лікування
Вчені планують використовувати отримані клітинні моделі для вивчення широкого спектру неврологічних захворювань, включаючи шизофренію, хворобу Альцгеймера, Паркінсона, епілепсію, порушення сну і розсіяний склероз. Ці моделі представляють величезний інтерес для фармацевтичних компаній, оскільки дозволяють тестувати нові препарати на клітинних культурах без використання тварин, що сприяє розвитку більш гуманних методів дослідження.
Клітинна терапія: мрія про відновлення мозку
В майбутньому, ці клітини можуть бути використані в клітинній терапії, що представляє собою заміну хворих або мертвих нейронів в головному мозку новими клітинами. Однак для реалізації цієї мрії необхідно подолати одну складність: в даний час вчені часто отримують суміш з декількох різних типів нейронів в одному експерименті. Команда професора Треутлейна активно працює над оптимізацією методу, щоб отримати лише один певний тип клітини в кожному експерименті.
Посилання:“Programming Human Neuron Subtypes Using Single-Cell Transcriptome-Linked Pattern Screens,” Lin, S.-C., Janssen, J., Eisinger, B., Hornauer, P., Kroell, A.-S., Santel, M., Pasqual-Garcia, M., Okamoto, R., Karava, K., He, Z., Priure, M., Schretter, M., Camp, J. G., & Treutlein, B. (2025).Science,adn6121. DOI: 10.1126/science.adn6121
