Стволовые клетки мозга

Мозг содержит несколько областей обновляющихся стволовых клеток, что увеличивает вероятность его способности восстанавливаться после травм. Нейрональные стволовые клетки можно использовать и для выращивания клеток мозга в лабораторных условиях, а это значит, что есть надежда на клеточную трансплантационную терапию при различных нейробиологических расстройствах. Однако полный потенциал стволовых клеток мозга еще предстоит познать.

Стволовые клетки — незрелые, неспецифические клетки, способные дифференцироваться в специализированные; у них есть несколько характерных особенностей. Они — обновляющиеся, т. е. способны делиться и создавать копии себя самих, и плюрипотентные, т. е. могут превращаться в любую специфическую клетку тела. Стволовые клетки мозга чуть более специализированы: они могут преобразовываться в различные виды нейронов и глии мозга и поэтому называются мультипотентными.

Эмбриональные стволовые клетки, как подсказывает название, имеются в телах эмбрионов. На самых ранних стадиях развития человеческий эмбрион состоит из шарообразной общности стволовых клеток, которые, хоть поначалу и одинаковые, становятся клетками всех видов, какие есть в теле человека. Клетки, используемые в научных исследованиях, выращены из искусственно оплодотворенных яйцеклеток в чашках Петри.

Изучение эмбриональных стволовых клеток вызывает массу противоречий, и во многих странах это крайне щекотливая политическая тема. У взрослых стволовые клетки есть почти во всех органах тела, где они играют ключевую роль в поддержании жизни тканей и их заживлении. Костный мозг, например, состоит из гематопоэтических (способных превращаться в различные виды кровяных) стволовых клеток, а кожа содержит клетки, замещающие мертвые, постоянно отшелушивающиеся с ее поверхности.

До недавнего времени считалось, что мозг — исключение. В 1990-х годах, однако, исследователи открыли стволовые клетки в мозге мышей, а следом и у человека. Нейроны, производимые из стволовых клеток взрослой мыши, играют важную роль в работе мозга, а вот применимо ли это к человеку, пока не ясно. Есть кое-какие подтверждения, что стволовые клетки мозга могут участвовать в образовании опухолей в мозге.

Тем не менее, стволовые клетки, добытые из мозга взрослого человека, можно вырастить в лабораторных условиях, и так растят зрелые функциональные клетки всех разновидностей: нейроны, астроциты и олигодендроциты. Это дает надежду на возможность их применения в разработке лечения неврологических заболеваний, и этой работой заняты многочисленные исследовательские группы по всему миру.

Преодоление препятствий

Стволовые клетки мозга, судя по всему, можно применять в разрабатываемых методах лечения широкого диапазона неврологических расстройств, включая болезни Альцгеймера, Паркинсона и заболевания двигательных нейронов, травмы позвоночника и инсульты. В отношении как раз инсультов исследователи пробуют два подхода: первый — заставить активизироваться стволовые клетки, уже имеющиеся в мозге, и второй — применить эмбриональные или стволовые клетки мозга для выращивания тех или иных видов зрелых нейронов в лаборатории, а затем пересадить их в мозг.

Из этих двух стратегий вторая — более многообещающая. Десятилетия исследований механизмов развития мозга выявили многие особенности специализации эмбриональных стволовых клеток в различные разновидности зрелых нейронов и глии. Например, располагая этими знаниями, ученые могут растить из эмбриональных клеток человека дофаминергиче- ские нейроны среднего мозга, отмирающие при болезни Паркинсона, или двигательные нейроны, погибающие при боковом амиотрофическом склерозе и похожих расстройствах. Более того, нейроны, произведенные таким методом и подсаженные в мозг животных, способны облегчать симптомы болезней.

«Потенциально мозг располагает собственным резервуаром стволовых клеток, которые, хотя бы в принципе, можно задействовать в восстановлении мозга» Фернандо Ноттебом (р. 1940), американский нейробиолог

Перенос результатов экспериментов с животными в терапевтическую практику поначалу оказался непрост. Исследователи столкнулись с множеством технических препятствий: как направить клетки к соответствующей части мозга и как поддержать жизнь в пересаженных клетках необходимое для приживления время. Эти трудности уже преодолены, и клинические испытания на людях — пациентах с инсультом, травмой позвоночника, боковым амиотрофическим склерозом и болезнью Паркинсона — уже происходят. В ходе этих экспериментов клетки, утерянные в результате болезни или травмы, замещают стволовыми клетками, впрыснутыми в пораженную область.

Такие терапевтические методы все еще находятся на ранних стадиях опробования, однако первые итоги, судя по всему, удовлетворительны, а шквал открытий в исследованиях стволовых клеток в последние годы, несомненно, ускорит разработку методов лечения.

Клетки надежды

Клетки, взятые из кожи, мышц и других частей взрослого человеческого тела, можно превратить в стволовые, похожие на те, что имеются в эмбрионах. Эти так называемые индуцированные плюрипотентные стволовые клетки можно перепрограммировать, чтобы из них получались мозговые или иные специализированные клетки различных видов. Эта линия исследований также применяет второй подход: процедура перепрограммирования включает в себя введение в клетки особых генов, заставляющих их дифференцироваться определенным путем либо редифференцироваться в эмбриональное состояние.

Результаты, безусловно, заманчивы. В 2008 году американские ученые взяли клетки кожи 82-летней женщины с боковым амиотрофическим склерозом, превратили их в плюрипотентные стволовые клетки, а затем — в двигательные нейроны. А в 2011 году группа японских исследователей показала, что промежуточный этап этого превращения не обязателен: они забрали фибробласты (клетки соединительной ткани) пациентов с болезнью Альцгеймера и превратили их в функциональные нейроны напрямую.

Индуцированные плюрипотентные стволовые клетки обещают новый подход к исследованиям неврологических заболеваний. Клетки пациентов с неврологическими расстройствами можно превратить в нейроны и вырастить в лаборатории, что даст исследователям возможность разобраться в клеточном механизме болезни. Однако несколько недавних работ показывают, что индуцированные плюрипотентные клетки могут иметь генетические отклонения, что заставляет усомниться в их полезности.

Лабораторно выращенные части мозга

Японские исследователи обнаружили, что эмбриональные стволовые клетки мыши могут самоорганизовываться в сложные трехмерные структуры, если выращивать их во взвесях-суспензиях и питать правильной комбинацией сигнальных молекул. В первых экспериментах они использовали эту специально разработанную методику для выращивания ткани мозга, которую потом успешно пересадили новорожденной мыши. Позднее они применили стволовые клетки для выращивания частей гипофиза, и те после подсадки в мозг мыши оказались полностью функциональны. А совсем недавно эти же исследователи применили эмбриональные стволовые клетки человека для выращивания клеток сетчатки, полностью укомплектованных еще и светочувствительными рецепторами. Эта работа — авангард зарождающейся области исследований, именуемой тканевой инженерией, и может привести к возникновению новых методик лечения неврологических расстройств. Рано или поздно исследователи смогут растить ткани мозга, содержащие определенные виды нейронов. Эти ткани можно будет пересаживать в мозг, а лабораторно выращенная сетчатка, кто знает, в один прекрасный день восстановит зрение людям с макулодистрофией.