Правильное функционирование нервной системы зависит от сложной сети взаимодействующих нейронов. В этой сети сигналы передаются через аксоны — длинные волокнистые отростки, соединяющие головной мозг со спинным мозгом и мышцами, что обеспечивает возможность движения. Однако по мере взросления организма центральная нервная система постепенно утрачивает способность к регенерации повреждённых аксонов. Из-за этого биологического ограничения травмы нервной системы нередко приводят к необратимым последствиям, таким как паралич, а нейродегенеративные заболевания, включая рассеянный склероз и болезнь двигательных нейронов, имеют тяжёлые последствия для пациентов.
Нейронные сети, оживлённые в лаборатории
Чтобы глубже изучить это явление, исследовательская группа под руководством доктора Андраша Лакатоша продолжила работу, основанную на более ранних экспериментах с так называемыми «мини-мозгами». В исследовании, опубликованном в журнале Cell Reports, учёные представили значительно более сложную систему: взаимосвязанные органоиды головного и спинного мозга, между которыми аксоны росли самостоятельно.
С научной точки зрения наиболее поразительным открытием стало то, что эти соединения сформировали полностью функциональные нейронные цепи. Такие структуры оказались способны вызывать сокращения мышечных клеток точно так же, как это происходит при реальных движениях в организме человека.
Исследователи наблюдали за этими биологическими моделями более года, что позволило им выявить критическое окно развития. Они обнаружили, что примерно до 150-го дня — периода, соответствующего середине внутриутробного развития человека, — повреждённые аксоны сохраняют способность к повторному росту. После этого временного рубежа уровень регенерации резко снижается.
Это открытие показывает, что утрата способности к восстановлению обусловлена не только внешними травмами или факторами окружающей среды. Напротив, данный процесс заложен в генетической программе нейронов и активируется по мере их созревания.
Генетический переключатель
Ключевым научным достижением стало выявление сети генов, которая действует как биологический «переключатель», подавляющий рост аксонов в зрелых нейронах. Когда исследователи искусственно блокировали важнейшие компоненты этой сети, нейроны вновь приобретали способность к регенерации. Это достижение закладывает основу для принципиально новой терапевтической стратегии, направленной на повторную активацию процессов роста в повреждённых нервных волокнах.
В ходе поиска веществ, способных влиять на данный генетический механизм, учёные обнаружили линэстренол. Этот гормональный препарат уже давно используется в медицине для контрацепции и лечения нарушений менструального цикла. При испытаниях на повреждённых нейронах препарат значительно ускорял восстановление аксонов. Хотя это ещё не готовый клинический протокол, сам прецедент показывает, что перепрофилирование уже одобренных лекарственных средств может существенно ускорить разработку методов восстановления нервной системы.
Органоиды как альтернатива животным моделям
Авторы исследования отмечают, что реабилитация после повреждений нервной системы сталкивается с препятствиями не только генетического характера. Существенную роль играют также воспалительные процессы и образование рубцовой ткани. Тем не менее прямое воздействие на внутренние механизмы нейронов представляет собой важнейший шаг вперёд.
Особенно интересно, что относительно «молодые» нейроны сохраняли способность к росту даже в агрессивной среде, которая обычно блокирует регенерацию. Это подчёркивает исключительную важность выбора правильного этапа развития для терапевтического вмешательства.
В отличие от животных моделей, которые зачастую не способны точно воспроизводить особенности человеческой биологии, органоиды, полученные из стволовых клеток, обеспечивают высокоточную платформу для изучения заболеваний и тестирования новых лекарств. Примечательно, что эта методика уже активно применяется в различных областях медицины — от исследований регенерации печени до изучения патологий желудочно-кишечного тракта и ранних этапов беременности.
По мнению доктора Лакатоша, до внедрения подобных подходов в клиническую практику предстоит пройти ещё долгий путь исследований. Тем не менее полученные результаты выглядят весьма многообещающими. Если учёным удастся разработать безопасные методы стимулирования роста аксонов и правильного восстановления нейронных связей, то заболевания и травмы, которые сегодня считаются неизлечимыми, включая тяжёлые повреждения спинного мозга, в будущем могут стать значительно более поддающимися лечению.
Источник: University of Cambridge
