Впервые эмбриональные стволовые клетки человека были преобразованы в нервные клетки, которые помогли мышам восстановить способность учиться и запоминать. «Исследование Университета Висконсин-Мэдисон – первое, показывающее, что человеческие стволовые клетки могут успешно имплантироваться в мозг, а затем излечивать неврологические дефициты», – говорит старший автор Су-Чун Чжан, профессор нейробиологии и неврологии.
Попав в мозг мыши, имплантированные стволовые клетки сформировали два основных жизненно важных типа нейронов, которые взаимодействуют с химическими веществами ГАМК или ацетилхолином. "Эти два типа нейронов вовлечены во многие виды человеческого поведения, эмоций, обучения, памяти, зависимости и многих других психиатрических проблем," говорит Чжан.
Человеческие эмбриональные стволовые клетки были культивированы в лаборатории с использованием химических веществ, которые, как известно, способствуют развитию нервных клеток – области, в которой Чжан помогал пионером в течение 15 лет. Мыши были особой разновидностью, не отвергающей трансплантаты от других видов.
После трансплантации мыши показали значительно лучшие результаты в общих тестах на обучение и память на мышах. Например, они были более искусными в тесте в водном лабиринте, который заставил их запомнить местоположение скрытой платформы в бассейне.
Исследование началось с преднамеренного повреждения части мозга, которая участвует в обучении и памяти.
По словам Чжана, для успеха были важны три критерия: местоположение, время и чистота. "Развивающиеся клетки мозга получают свои сигналы от ткани, в которой они находятся, и выбранное нами место в головном мозге направило эти клетки на формирование как ГАМК, так и холинергических нейронов."
Первоначальное разрушение произошло в области, называемой медиальной перегородкой, которая соединяется с гиппокампом посредством ГАМК и холинергических нейронов. "Эта схема имеет фундаментальное значение для нашей способности учиться и запоминать," говорит Чжан.
Однако трансплантированные клетки были помещены в гиппокамп – жизненно важный центр памяти – на другом конце этих цепей памяти. После того, как перенесенные клетки были имплантированы, в ответ на химические указания из мозга, они начали специализироваться и соединяться с соответствующими клетками в гиппокампе.
По словам Чжана, этот процесс похож на удаление отрезка телефонного кабеля. Если вы можете найти правильный маршрут, вы можете подключить замену с любого конца.
Для исследования, опубликованного в текущем выпуске Nature Biotechnology, Чжан и первый автор Ян Лю, научный сотрудник Центра Вайсмана в кампусе, химически направили человеческие эмбриональные стволовые клетки, чтобы они начали дифференцироваться в нервные клетки, а затем вводили эти промежуточные клетки. Введение клеток через частичную специализацию предотвратило образование нежелательных типов клеток у мышей.
Чжан говорит, что обеспечение того, чтобы почти все трансплантированные клетки стали нервными клетками, было критически важно. "Это означает, что вы можете предсказать, каким будет потомство, и для любого будущего использования в терапии вы уменьшите вероятность инъекции стволовых клеток, которые могут образовывать опухоли. Во многих других экспериментах по трансплантации инъекции ранних клеток-предшественников приводили к образованию массы клеток – опухолей. В нашем случае этого не произошло, потому что трансплантированные клетки чисты и преданы определенной судьбе, поэтому они не генерируют ничего другого. Мы должны быть уверены, что не вводим семена рака."
По словам Чжана, восстановление мозга посредством замены клеток – это Святой Грааль трансплантации стволовых клеток, и оба типа клеток имеют решающее значение для функционирования мозга. "Холинергические нейроны участвуют в синдроме Альцгеймера и Дауна, но нейроны ГАМК участвуют во многих дополнительных расстройствах, включая шизофрению, эпилепсию, депрессию и зависимость."
Хотя терапия стволовыми клетками и дразнит, но вряд ли принесет немедленную пользу. Чжан отмечает, что "при многих психических расстройствах вы не знаете, какая часть мозга вышла из строя." По его словам, новое исследование с большей вероятностью найдет немедленное применение при создании моделей для скрининга и открытия лекарств.