Тюнінг мозку: нервові клітини відновлюються

Навіть наймогутніша машина, здатна підняти десятки тонн, стає абсолютно безпорадною, коли команди з пульта управління перестають доходити до виконавчих механізмів. При цьому силова установка може бути справною, але така дрібниця, як відсутність контакту в інформаційно-командній системі, призводить до повного знерухомлення машини. Так і в живому організмі: в результаті травми або дегенеративних захворювань виникає втрата зв'язку між нервовою системою і абсолютно здоровими м'язами (параліч).

В такому стані живуть мільйони людей по всьому світу. Повернути їм активність можна двома способами: відновивши колишній канал комунікації або проклавши новий. Нейрофізіологи з відділення нейромоторікі Інституту неврології Лондонського університетського коледжу з колегами з Медичного дослідницького ради Центру нейробіології Лондонського королівського коледжу пішли іншим шляхом. Вони виростили всередині організму мишей нові працюють нерви.


Лінда Грінсміт, професор Центру нейром'язових захворювань Інституту неврології Лондонського Університетського коледжу:

«Наш метод відновлення працездатності паралізованих кінцівок має серйозні переваги перед існуючими методами. Традиційна електрична стимуляція нервів може бути болючою і призводить до швидкої втоми м'язів. Більш того, якщо моторні нейрони зруйновані в результаті травми або захворювання, електрична стимуляція просто марна. Років через п'ять ми сподіваємося довести нашу методику до випробувань на людях і, можливо, розробити лікування для людей з паралізованими м'язами, зокрема, для тих, хто втратив здатність дихати самостійно через параліч м'язів діафрагми - створивши щось на зразок оптичного стимулятора моторних нейронів ».

Від пробірки до організму

Ідея полягала в тому, щоб в область розриву волокон пересадити нейрони, отримані в пробірці (in vitro). Їх відростки повинні поступово витягнутися в потрібному напрямку і утворити альтернативний кабель, який (в наукових цілях) можна включати і вимикати за допомогою методів оптогенетики. У мишачі ембріональні стовбурові клітини вчені впровадили ген світлочутливого білка, каналродопсіна-2 (ChR2), а потім з цього клітинного матеріалу виростили молоді моторні нейрони миші (клас нейронів, що з'єднуються з м'язової тканиною). Такі клітини можуть збуджуватися під дією світла.

Потім у дорослих мишей в області стегна ниткою перетягували сідничний нерв, блокуючи сигнал до м'язів задньої лапи. Щоб повернути м'язам працездатність і заодно перевірити свою методику, вчені підсадили в стегнову нервову тканину суміш стовбурових клітин і вирощених раніше молодих нейронів (так звані ембріоідние тільця). Нові клітини прижилися, нейрони дозріли і протягом місяця відростили уздовж сідничного нерва довжелезні аксони, досягнувши відповідних груп м'язів. Гістологічний аналіз показав, що необхідні з'єднання з м'язами встановлені, а методи оптогенетики дозволили переконатися, що вони працюють.

Перспективи даної методики цілком очевидні: якщо не вдається відновити непрацюючі зв'язку всередині організму, можна створити нові. У той же час до застосування в медицині і допомоги хворим ще дуже далеко. Перш за все потрібно вивчити довготривалий ефект пересадки нейронів, бажано протягом років, а не місяців. Досліди на мишах не гарантують, що методика буде працювати на людей, - це також доведеться перевіряти. Потрібні крихітні світлодіоди, які імплантуються в тканину, і безпечні засоби доставки генів. Це завдання на майбутнє. Робота британських нейрофізіологів показує принцип, можливу стратегію відновлення функцій периферичної нервової системи. Це достовірно працює в живому організмі, але маса найважливіших експериментів ще попереду.

Активувати нейрони можна простим способом, подаючи на них електричний розряд. Але в цьому випадку вплив відбувається на всі клітини в області електрода. Якщо ж потрібно включати клітини вибірково, в даному випадку тільки пересаджені нейрони, вчені використовують методи оптогенетики (див. «ПМ» №5'2014). Короткими спалахами світла нейрофізіологи висвітлювали нервову тканину на задніх лапах мишей, що знаходяться під анестезією, і спостерігали скорочення м'язів у відповідь, в повній відповідності зі стимуляцією. Можна зробити висновок, що нейрони з пробірки не тільки розряджалися електричним імпульсом, а й успішно доводили його до м'язів за своїми відростках. Іншими словами, вони взяли на себе обов'язки перетягненого (відключеного) нерва.

Оптика в біології

Разом з тим немає ніяких сумнівів, що оптичні технології будуть все активніше проникати в медицину. Якщо оптогенетики поки залишається виключно дослідницьким інструментом, то лазери, наприклад, вже щосили застосовуються в різних додатках. Це перш за все фототермоліз, який дозволяє прибирати шрами, рубці і інші новоутворення на шкірі за рахунок виборчого руйнування шляхом нагрівання лазером обраних клітин-мішеней. Крім того, лазер використовують для загоєння ран і трофічних виразок. Потужним способом його застосування в перспективі стала б технологія активації ліків всередині організму. Якщо дія ліків запускається світлом, можна домогтися дуже точного вибору, коли і в якій точці тіла воно повинно спрацювати. Це істотно змінило б клінічну практику і розробку препаратів. А в поєднанні з оптогенетики керованість зросте ще на порядок. Фахівці зможуть ззовні задати не тільки час і місце активності ліки, а й те, які клітини на нього відреагують. В рамках стратегії, описаної в статті, за допомогою лазера можна було б контролювати витягування аксонів нервових клітин, буквально вказуючи їм шлях. Для цього потрібні активуються лазерним променем нейротрофіни (молекули, що сприяють росту) і сприйнятливість до них нейронів, що включається оптогенетіческі. Так можна забезпечити точну прокладку нових нервових волокон, причому виключно знову підсаджений клітинами. Прогрес в цій області стрімкий, і окремі фантазії рано чи пізно стають реальністю.

Стаття «Світло і нерви» опублікована в журналі «Популярна механіка» (№6, червень 2014 року).

Рекомендуємо

Як роблять кишенькові ліхтарі Led Lenser
2019
Зоряна карта: Google в небесах
2019
Вакцина проти СНІДу: Надія є
2019