Учени са отгледали над 400 вида нервни клетки от стволови клетки

Нервните клетки не са просто нервни клетки. Когато ги разгледате достатъчно подробно, последните оценки показват, че в човешкия мозък има няколкостотин или дори няколко хиляди различни вида нервни клетки. Тези видове се различават по своите функции, броя и дължината на своите процеси и начина, по който се свързват помежду си. Те освобождават различни невротрансмитери в синапси и в зависимост от областта на мозъка – например мозъчната кора или средният мозък – различни видове клетки са активни.

Когато учените отглеждали нервни клетки от стволови клетки в петриеви панички за експерименти, те не можели да обяснят цялото това разнообразие. Доскоро изследователите били разработили методи за отглеждане само на няколко десетки различни вида нервни клетки in vitro. За да направят това, те използвали подходи на генното инженерство или добавяли сигнални молекули, за да активират специфични вътреклетъчни сигнални пътища. Но те никога не се били доближили до улавянето на разнообразието от стотиците или хилядите различни видове нервни клетки, които съществуват в тялото.

„Невроните, получени от стволови клетки, често се използват за изучаване на заболявания. Но досега изследователите често са игнорирали с кои видове неврони работят“, казва Барбара Тройтлайн, професор в катедрата по биосистемни науки и инженерство в ETH Zurich в Базел.

Въпреки това, тя казва, че това не е най-добрият подход към подобна работа.

„Ако искаме да разработим клетъчни модели за изучаване на заболявания и разстройства като болестта на Алцхаймер, Паркинсон и депресия, трябва да вземем предвид специфичния тип нервни клетки, участващи в патологичния процес.“

Систематичният скрининг като ключ към успеха

Тройтлайн и нейният екип вече успешно са произвели над 400 различни вида нервни клетки, проправяйки пътя за по-прецизни фундаментални неврологични изследвания, използващи клетъчни култури.

Учените от ETH постигнаха това, като работеха с култура от човешки индуцирани плурипотентни стволови клетки, получени от кръвни клетки. В тези клетки те генетично модифицираха определени невронни регулаторни гени и третираха клетките с различни морфогени – специален клас сигнални молекули. Екипът на Тройтлайн използва систематичен подход: седем морфогена в различни комбинации и концентрации в своите скринингови експерименти. В крайна сметка това доведе до почти 200 различни набора от експериментални условия.

Морфогени

Морфогените са сигнални вещества, известни от изследвания на ембрионалното развитие. Те са разпределени неравномерно в ембриона и в различни концентрации образуват пространствени градиенти. По този начин те определят позицията на клетките в ембриона - например дали една клетка е по-близо до оста на тялото или е разположена отзад, на корема, в областта на главата или торса. Съответно, морфогените помагат да се определи кои структури ще се образуват в различните части на тялото.

Учените използвали различни техники за анализ, за да покажат, че са успели да получат повече от 400 различни вида нервни клетки в експеримента. Те изследвали РНК (и следователно генетичната активност) на ниво отделни клетки, както и външния вид и функцията на клетките, като например какви видове клетъчни процеси имат и какви електрически нервни импулси излъчват.

След това изследователите сравнили данните си с информация от бази данни за неврони в човешкия мозък. Това им позволило да определят видовете създадени нервни клетки, като например клетки на периферната нервна система или мозъчни клетки, както и областта на мозъка, от която произхождат, и за какво са отговорни тези клетки - възприемане на болка, студ, движение и др.

In vitro неврони за търсене на активни вещества

Тройтлайн каза, че все още са далеч от това да могат да произведат in vitro всички видове нервни клетки, които съществуват в тялото. Въпреки това, изследователите вече имат достъп до много повече различни видове клетки от преди.

Те искат да използват неврони, отглеждани in vitro, за да разработят клетъчни модели за изучаване на сериозни неврологични заболявания, включително шизофрения, болест на Алцхаймер, болест на Паркинсон, епилепсия, нарушения на съня и множествена склероза. Такива клетъчни модели са от голям интерес и за фармацевтичните изследвания, позволявайки да се тестват ефектите на нови активни съединения в клетъчни култури без използването на животни, с крайна цел един ден да се научи как да се лекуват тези заболявания.

В бъдеще тези клетки биха могли да се използват и за клетъчно-заместителна терапия, при която болните или мъртвите мозъчни нервни клетки се заменят с нови човешки клетки.

Но преди това да се случи, има проблем, който трябва да бъде решен: В своите експерименти изследователите често са произвеждали смес от няколко различни вида нервни клетки. Сега те работят върху оптимизирането на метода, така че всяко експериментално условие да произвежда само един специфичен тип клетки. Те вече имат някои първоначални идеи как да направят това.