Новый подход к изучению эпилепсии на основе стволовых клеток позволил сделать удивительное открытие о том, что вызывает одну форму заболевания, и может помочь в поиске лучших лекарств для лечения всех видов судорожных расстройств.
В выводах, о которых сообщила группа ученых из Медицинской школы Мичиганского университета и их коллеги, используется метод, который можно было бы назвать "эпилепсия в блюде".
Превратив клетки кожи пациентов с эпилепсией в стволовые клетки, а затем превратив эти стволовые клетки в нейроны или нервные клетки мозга, команда создала миниатюрный полигон для тестирования эпилепсии. Они могли даже измерять сигналы, которые клетки посылали друг другу через крошечные порталы, называемые натриевыми каналами.
В нейронах, полученных из клеток детей с тяжелой, редкой генетической формой эпилепсии, называемой синдромом Драве, исследователи сообщают об аномально высоких уровнях активности тока натрия. Они видели спонтанные всплески общения и "повышенная возбудимость" что потенциально может вызвать судороги. Нейроны, сделанные из клеток кожи людей без эпилепсии, не проявляли такой аномальной активности.
Они сообщают о своих результатах в Интернете в Annals of Neurology и продолжают работу по созданию индуцированных линий плюрипотентных стволовых клеток из клеток пациентов с другими генетическими формами эпилепсии. Работа финансируется Национальным институтом здоровья, Американским обществом эпилепсии, Фондом эпилепсии и U-M.
Новые результаты отличаются от того, что другие ученые видели на мышах, и демонстрируют важность изучения клеток, полученных от пациентов с эпилепсией. Поскольку клетки были получены от пациентов, они содержали отличительный признак, наблюдаемый у большинства пациентов с синдромом Драве: новую мутацию в SCN1A, гене, кодирующем важнейший белок натриевых каналов под названием Nav1.1. Эта мутация сокращает количество каналов в мозгу пациентов до половины от нормального.
"С помощью этой техники мы можем изучать клетки, которые очень похожи на собственные клетки мозга пациента, без проведения биопсии мозга," говорит старший автор и руководитель группы Джек М. Родитель, М.D., профессор неврологии в U-M и исследователь в VA Ann Arbor Healthcare System. "Похоже, что клетки чрезмерно компенсируют потерю каналов из-за мутации. Эти индуцированные пациентом нейроны открывают большие перспективы для моделирования судорожных расстройств и потенциального скрининга лекарств."
В новой статье родитель, докторант Ю Лю, доктор философии.D. и их сотрудники Lori Isom, Ph.D., профессор фармакологии, молекулярной и интегративной физиологии в Университете штата Мэриленд и Мириам Мейслер, доктор философии.D., Заслуженный профессор генетики человека в Университете штата Мичиган сообщает о поразительных открытиях о том, что происходит на клеточном уровне в нейронах пациентов с синдромом Драве с мутированным геном SCN1A.
Они также продемонстрировали, что эффект основан на том, что происходит после того, как функция гена снижается из-за мутации, хотя они еще не знают, как и почему нервные клетки чрезмерно компенсируют частичную потерю этого канала.
И они обнаружили, что нейроны не проявляют явных признаков гипервозбудимости в первые несколько недель после того, как они были созданы, что согласуется с тем фактом, что дети с синдромом Драве часто не страдают своими первыми припадками, пока им не исполнится несколько месяцев.
"Кроме того, воспроизведение гиперактивности эпилептических нейронов в этих культурах клеток демонстрирует, что в нейронах есть внутреннее изменение, которое не зависит от входных сигналов от цепей в головном мозге," говорит соавтор Мейслер.
Платформа для тестирования лекарств
Многие пациенты Драве не реагируют на текущие лекарства от эпилепсии, что делает срочным поиск новых вариантов лечения. Их жизнь постоянно находится под угрозой из-за внезапной необъяснимой смерти при эпилепсии – SUDEP – и они никогда не перерастают свое состояние, которое задерживает их развитие и часто требует круглосуточного ухода.
"Работа с семьями пациентов и перевод наших исследований натриевых каналов в детское заболевание сделали нашу фундаментальную научную работу гораздо более быстрой и критичной," говорит Исом, который вместе с Мейслером входит в состав научного консультативного совета Фонда синдрома Драве. Родитель, который является соруководителем комплексной программы UM по эпилепсии, недавно был удостоен награды фонда.
В настоящее время команда работает над скринингом конкретных соединений на предмет снятия судорог при синдроме Драве, проверяя их влияние на клетки в "эпилепсия в блюде" модель. Национальные институты здравоохранения создали библиотеку лекарств, одобренных Министерством здравоохранения США.S. Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов, доступное для использования исследователями – потенциально позволяющее старым лекарствам обрести вторую жизнь при лечении совершенно другого заболевания, чем то, что они изначально предназначались.
Родитель и его коллеги надеются найти лекарства, которые влияют на определенные аспекты натриевых каналов, чтобы увидеть, могут ли они ослабить натриевые токи и успокоить гипервозбудимость. Команда изучает новые методы, которые могут ускорить этот процесс, с использованием микроэлектродов и чувствительных к кальцию красителей. Они также надеются использовать эту модель для изучения потенциальных лекарств от негенетических форм эпилепсии.
Как отмечает Родитель, наличие команды U-M, в которую входят эксперты в области биологии индуцированных плюрипотентных стволовых клеток, физиологии натриевых каналов и генетики эпилепсии, помогает прогрессу в исследованиях. "Эпилепсия – сложное сетевое заболевание мозга," он говорит. "Чтобы решить эту проблему, нужна командная наука."
Пациенты в составе исследовательской группы
Исследование команды UM было бы невозможно без участия пациентов с синдромом Драве и другими генетическими формами эпилепсии, а также их родителей.
Более 100 из них присоединились к Международному регистру пациентов с эпилепсией на ионных каналах, который базируется в U-M и детской больнице Майами и финансируется Фондом синдрома Драве и ICE Epilepsy Alliance. Исследователи надеются, что смогут провести клинические испытания потенциальных лекарств с участием этих и других пациентов.
Между тем, пациенты с другими генетически обусловленными неврологическими заболеваниями также могут помочь ученым UM узнать больше об их заболеваниях, приняв участие в других усилиях по созданию индуцированных нейронов из клеток кожи. Родитель и его команда работали с несколькими другими преподавателями UM, чтобы создать линии стволовых клеток из клеток кожи, предоставленных пациентами с другими заболеваниями, включая формы атаксии и лизосмальной болезни накопления.