Ученые из Кембриджского университета создали в лаборатории миниатюрную модель мозга и спинного мозга человека и с ее помощью впервые показали, что повреждения нервных связей, которые ранее считались необратимыми, потенциально можно восстановить.
Исследование опубликовано в научном журнале Cell Reports и уже называют одним из самых перспективных шагов в разработке будущих методов лечения паралича, травм спинного мозга и тяжелых неврологических заболеваний.
Команда под руководством доктора Андраша Лакатоша использовала человеческие стволовые клетки для выращивания так называемых органоидов — миниатюрных трехмерных структур, напоминающих настоящие ткани мозга и спинного мозга человека.
Ранее ученые уже создавали «мини-мозг», однако теперь им впервые удалось воспроизвести полноценную систему связи между мозгом и спинным мозгом.
Исследователи выращивали отдельно органоиды коры головного мозга и ткани спинного мозга, после чего наблюдали, как нервные волокна — аксоны — самостоятельно прорастают между ними, формируя рабочие нейронные цепи. В ходе эксперимента эти соединения даже смогли вызывать сокращения небольших мышечных тканей.
Особое внимание ученые уделили способности нервных волокон восстанавливаться после повреждений.
Выяснилось, что примерно до 150-го дня развития — что соответствует середине беременности у человека — аксоны еще способны активно регенерировать после травмы. Однако позже эта способность резко снижается.
По словам первого автора исследования Джорджа Гиббонса, молодые нейроны успешно восстанавливали длинные нервные волокна после повреждения, тогда как более зрелые клетки практически теряли эту возможность.
«Плохая способность к регенерации буквально заложена в человеческих нейронах по мере их созревания в центральной нервной системе», — объяснил ученый.
Чтобы понять причину, исследователи изучили активность генов в нейронах, соединяющих мозг и спинной мозг. Они обнаружили целую сеть генов, которая действует как своеобразный «переключатель», отключающий способность нервных волокон к росту по мере взросления клеток.
Самым важным открытием стало то, что ученым удалось вновь активировать этот механизм восстановления.
Исследователи обнаружили, что блокировка ключевых регуляторов этой генетической сети снова запускает рост аксонов. Затем команда проанализировала базу существующих лекарственных препаратов и выявила потенциально подходящее вещество — линэстренол.
Этот гормональный препарат уже используется в медицине как средство для лечения некоторых менструальных нарушений и в качестве контрацептива.
Когда препарат протестировали на поврежденных нейронах, он значительно усилил восстановление нервных волокон.
Ученые подчеркивают, что линэстренол сам по себе пока нельзя считать готовым лекарством от травм спинного мозга, однако эксперимент доказал сам принцип возможности регенерации человеческих нервных клеток.
Доктор Андраш Лакатош отметил, что до сих пор считалось, будто поврежденные нервные связи мозга и спинного мозга практически невозможно восстановить, из-за чего паралич после тяжелых травм обычно остается постоянным.
«Наша модель показывает, что блокировка способности нервов к восстановлению возникает еще во время развития организма — и этот процесс потенциально можно обратить вспять», — заявил он.
По словам исследователей, в будущем это может открыть путь к лечению состояний, которые сейчас считаются неизлечимыми, включая последствия травм спинного мозга, рассеянный склероз и некоторые формы болезни мотонейронов.
Ученые также подчеркивают, что органоиды позволяют гораздо точнее изучать человеческую нервную систему, чем традиционные эксперименты на животных. Нейроны человека и, например, грызунов ведут себя по-разному, из-за чего многие результаты, полученные на мышах, плохо переносятся на людей.
Новая технология помогает сократить этот разрыв и одновременно уменьшить необходимость использования животных в научных исследованиях.