Группе, объединившей исследователей из Гарвардского университета, Центрального госпиталя Массачусетса и Гарвардской медицинской школы (Бостон, США), удалось трансплантировать эмбриональные нервные клетки взрослым мышам, невосприимчивым к лептину — гормону, регулирующему обмен веществ и вес тела. Трансплантированные клетки восстановили нормальные функции гипоталамуса, отдела мозга, регулирующего функции эндокринной системы, в результате чего животные, обреченные на хроническое ожирение, переставали набирать лишний вес.
Возможно, что в будущем с помощью пересаженных нейронов удастся лечить эпилепсию, болезнь Паркинсона, аутизм, спинномозговые травмы и генетические заболевания нервной системы, не поддающиеся лечению другими методами.
«До этого было известно, что пересаженные клетки могут полноценно приживаться только в двух отделах мозга — обонятельной луковице и зубчатой извилине гиппокампа. Нам же удалось методом пересадки клеток восстановить системные функции гипоталамуса — отдела мозга, в котором не происходит естественная регенерация нейронов», — поясняет значение экспериментов, результаты которых публикует Science, профессор Джеффри Маклис, заведующий лабораторией Гарвардского университета.
Результаты, полученные в лаборатории Маклиса, расширяют номенклатуру «мозговых департаментов», в которых может происходить регенерация нервных клеток, или нейрогенез — явление, которое долгое время отрицалось как большей частью научного сообщества, так и обывателями, считавшими, что «нервные клетки не восстанавливаются».
Открытие нейрогенеза в гиппокампе — отделе мозга, отвечающем за консолидацию кратковременных воспоминаний в долговременные, — основательно подкорректировало представление о взрослом мозге как статичной системе, адаптирующейся исключительно за счет перестройки связей между нейронами, число которых в мозге взрослого организма остается неизменным. Однако за последние несколько лет стало поступать все больше данных, что нейрогенез происходит не только в «мобильном» гиппокампе, выполняющем, в частности, функцию пространственной памяти, но и в более «стабильном» гипоталамусе, отвечающем за базовые функции обмена.
Профессор Маклис был одним из первых, кто сумел опровергнуть догму статичного мозга, еще в 2000-м году успешно пересадив эмбриональные нейроны в кору головного мозга взрослой мыши. Несмотря на то, что нейроны прижились, оставалось непонятным,
способны ли новые клетки выполнять те же функции, что и старые, то есть устанавливать новые синаптические связи, участвуя в постоянной адаптивной перестройке нейронных сетей, сопровождаемой образованием новых связей между нервными клетками — синапсов.
Тот же вопрос, функционируют ли новые клетки как полноправные нейроны или становятся частью нейроглии (вспомогательной клеточной инфраструктуры, не образующей синаптических связей), оставался нерешенным и в опытах Джеффри Флира и Джорджа Райсмана, которым в 2005-м удалось с помощью специальных химических препаратов вызвать нейрогенез в дефектном гипоталамусе взрослой мыши.
Теперь, объединив усилия, группа Флира и лаборатория Маклиса
сняли часть претензий критиков теории нейрогенеза и доказали, что пересаженные нейроны образуют полноценные синаптические связи в мозге взрослого млекопитающего.
С помощью микроскопа сверхвысокого разрешения с ультразвуковым позиционированием им удалось с большой точностью пересадить нервные клетки, взятые из здорового эмбриона и помеченные флюоресцентным геном, в дефектный гипоталамус взрослой мыши, нейроны которого были невосприимчивы к лептину.
Пересаженные клетки, легко отслеживаемые по флюоресцентному свечению, не только хорошо прижились, но и успешно дифференцировались в четыре группы нейронов, восприимчивых к этому гормону, а взрослые мыши с пересаженными нервными клетками стали в результате весить на 30% меньше, чем животные в контрольной группе — мыши с таким же дефектом метаболизма, и мыши, чей метаболизм корректировался другими методами (химическими и гормональными).
Более детальное исследование «химерического гипоталамуса» с помощью электронного микроскопа, молекулярного анализа и специального метода, позволяющего фиксировать электрический потенциал групп нейронов вплоть до отдельных клеток, показал, что
пересаженные здоровые нейроны полностью интегрировались в нейросеть мыши-мутанта, установив с хозяйскими клетками нормальные синаптические связи и, таким образом, компенсировав дефект, не позволявший им нормально реагировать на гормон.
«На самом деле эмбриональные нейроны необязательно встраивать в нейроткань реципиента с ювелирной точностью», — комментирует Флир результаты опытов. «Нейроны, просто оказавшись в «родном» окружении, начинают выполнять функцию антенн, мгновенно реагирующих на гормон и восстанавливающих прохождение сигнала. Я поражен, что столь малое число генетически нормальных клеток сумело восстановить нормальную регуляцию обмена. Это позволяет с оптимизмом смотреть на будущее контролируемого нейрогенеза в терапии других заболеваний, связанных с нарушениями мозговых функций, в том числе психическими», — резюмирует профессор.
Понятно, что оптимизм, основанный на успешных опытах над животными, должен быть подкреплен и серьезными прорывами в клинической микрохирургии, так как все операции на человеческом мозге до сих пор сопряжены с рисками, которые на мышей — расходный лабораторный материал — не распространяются.