Учёные вырастили более 400 типов нервных клеток — прорыв в исследованиях Альцгеймера и Паркинсона

Один из типов нервных клеток (жёлтый), выращенных из стволовых клеток в лаборатории ETH Zurich (микроскопическое изображение). Авторы: Hsiu-Chuan Lin и Malgorzata Santel / ETH Zurich

Нервные клетки — это не просто нервные клетки. В зависимости от степени детализации, в человеческом мозге насчитывается от нескольких сотен до нескольких тысяч различных типов нейронов. Они различаются по функциям, количеству и длине отростков, а также по типам соединений. Они выделяют разные нейротрансмиттеры в синапсы, и в зависимости от области мозга (например, коры или среднего мозга) активны разные типы клеток.

До сих пор, когда учёные выращивали нейроны из стволовых клеток в чашках Петри, они не могли учесть это огромное разнообразие. Ранее исследователям удавалось создать лишь несколько десятков типов нервных клеток in vitro с помощью генной инженерии или добавления сигнальных молекул. Однако это далеко не соответствовало реальному разнообразию нейронов в мозге.

«Нейроны, полученные из стволовых клеток, часто используются для изучения болезней. Но до сих пор исследователи зачастую игнорировали, с какими именно типами нейронов они работают», — говорит Барбара Тройтляйн, профессор Департамента биосистемных наук и инженерии ETH Zurich в Базеле. Однако такой подход не оптимален. «Если мы хотим разрабатывать модели клеточных культур для таких заболеваний, как Альцгеймер, Паркинсон и депрессия, необходимо учитывать конкретные типы вовлечённых нервных клеток».

Системный скрининг как ключ к успеху

Тройтляйн и её команда смогли вырастить более 400 различных типов нервных клеток, что открывает новые возможности для точных нейробиологических исследований in vitro.

Учёные использовали культуру индуцированных плюрипотентных стволовых клеток человека, полученных из кровяных клеток. В этих клетках они активировали определённые регуляторные гены и обрабатывали их морфогенами — особым классом сигнальных молекул. Команда применила системный подход, используя семь морфогенов в различных комбинациях и концентрациях, что позволило создать почти 200 различных экспериментальных условий.

Что такое морфогены?

Морфогены — это сигнальные молекулы, известные по исследованиям эмбрионального развития. Они распределяются в эмбрионе неравномерно, формируя градиенты концентраций, которые определяют положение клеток и их дальнейшую специализацию (например, будут ли они частью нервной системы, кожи или мышц).

Исследователи подтвердили создание более 400 типов нейронов с помощью анализа РНК, изучения морфологии клеток и их функциональных характеристик, включая электрическую активность. Затем они сравнили полученные данные с информацией о нейронах человеческого мозга из баз данных, что позволило идентифицировать типы клеток, такие как нейроны периферической нервной системы или специфические мозговые клетки, реагирующие на боль, холод или движение.

Перспективы для медицины

Тройтляйн подчёркивает, что пока не удалось воспроизвести все типы нейронов in vitro, но достигнутый прогресс значительно расширяет возможности исследований. Эти клетки могут быть использованы для:

• моделирования нейродегенеративных заболеваний (Альцгеймер, Паркинсон);
• изучения шизофрении, эпилепсии и рассеянного склероза;
• тестирования новых лекарств без экспериментов на животных;
• разработки методов клеточной терапии для замены повреждённых нейронов.

Однако остаётся проблема: в экспериментах часто получалась смесь разных типов клеток. Сейчас учёные работают над оптимизацией метода, чтобы добиться получения одного конкретного типа нейронов в каждом эксперименте.

Источники: ScienceDaily, ETH Zurich