Клеточная реставрация мозга

Современным биоинженерам приходится учитывать почти запредельную сложность человеческого мозга. Фото Pixabay

Слово «починка», или repair, не так давно стало официальным термином биологии ДНК. Молекула наследственности, ДНК, постоянно рвется и должна восстанавливать свою целостность. Для этого есть специальные ферменты. Статья исследователей из Техасского университета в г. Остин (США), опубликованная в журнале J. Neurotrauma, называется «Трансплантация нервных прогениторов и V2а интернейронов после повреждения спинного мозга». Речь идет об использовании эмбриональных стволовых клеток, из потомства которых выделили особые V-нейроны, генерирующие электрические сигналы в ответ на изменение заряда, откуда их сокращенное название.

Эти нейроны выполняют функцию вставочных нервных клеток, регулирующих активность других нейронов. Прогениторами, или предшественниками, называют частично специализированные клетки, которые однако еще не могут выполнять возложенные на них зрелые функции. Развитие предшественников подхлестывает клеточную пластичность, что необходимо для завершения трансформации, то есть для полноценного созревания клеток.

Для восстановления функции диафрагмы, сокращение которой обеспечивает вдох-выдох, и раньше пытались использовать полученные из стволовых клеток нейроны, но успеха добились только техасские ученые. Он связан с применением геномно «чистых» нейронов V2, благодаря которым восстановили дыхание у 30 мышей с повреждением спинного мозга на уровне шейного отдела. Этот результат очень важен, если учесть количество жертв автомобильных катастроф.

Сотрудники Калифорнийского университета в г. Сан-Диего (США) выключили у лабораторных мышей, сидевших на жировой диете, ген белкового рецептора окисленных LDL. В результате произошла «очистка» аорты от бляшек и остановилось накопление холестерина. У мышей на треть уменьшилось содержание амилоида в сыворотке крови. Амилоидные бляшки накапливаются в мозге при болезни Альцгеймера.

Человеческий мозг претерпел «взрывное» увеличение размеров и сложности. В 2018 году появились статьи, объясняющие роль одного из белковых рецепторов в мембранах нейронных предшественников. Его действие сдерживает ген Lgl (Lethal giant larvae). «Неполадки» в этом гене приводят к рождению детей с макроцефалией (большим мозгом). Макроцефалия возникает и у мышей после выключения гена, сдерживающего деление нервных стволовых клеток (НСК).

А вот с микроцефалией дети рождаются, если мать во время беременности была заражена вирусом Зика. Этот вирус сдерживает развитие НСК. Бразильским ученым удалось воспроизвести эту вирусную инфекцию у мышей, показав гибель нервных клеток развивающегося мозга. Статья об этом опубликована в приложении к журналу Science.

Помимо упомянутого рецептора развитие нервных клеток контролируют и другие протеины, в частности так называемый транскрипционный фактор. Он считывает гены развития. Об этом в журнале Neuron написали специалисты из Гарварда. Гены и белки действуют не в одиночку, но, как выяснили нейробиологи университета Южной Каролины в Лос-Анджелесе, взаимодействуют как минимум со 150 белками.

Выявленные сложности биологии мозга учитывали биоинженеры Пенсильванского университета в Филадельфии. В борьбе с клеточными патологиями они предложили помимо химии процесса учитывать и механику воздействия на клетки. Для демонстрации открытого ими механического эффекта они выращивали клетки на гидрогелях мягкой и жесткой консистенции. Мягкая подложка не разрушала межклеточных связей, в результате их рост успешно сдерживался. Перенос же клеток на жесткий гидрогель менял их 3D-форму, увеличивая клеточную поверхность и захват ими наночастиц с флюоресцентным красителем. Поглощение частиц клетками на жестком гидрогеле было в пять раз больше. Вполне возможно, что выявленная разница поможет разработке новых лекарственных стратегий.

Введение генов в клетки – большая проблема генной инженерии. Ученым приходится, например, «пробивать» отверстия в клеточной оболочке с помощью электрических разрядов. Но это травмирует клетки, особенно такие нежные и уязвимые, как стволовые, и их прогениторы. Выращивание же клеток на жесткой подложке будет стимулировать поглощение ими наночастиц с генами, ускоряя процесс и увеличивая его эффективность, что очень важно для дальнейшего прогресса биотехнологий.