Цивилизация
Современные клеточные технологии позволяют замещать дефекты практически всех тканей человеческого организма. Однако нервная ткань до сих пор оставалась непостижимой для тканевых инженеров. Теперь выясняется, что для её восстановления растить что-то в пробирке может и не понадобиться.
Клеточные биологи придерживаются взгляда, что специфические стволовые клетки, отвечающие за обновление и восстановление тканей организма при повреждении, находятся как локализованно — в костном мозге, так и непосредственно в тканях. И те, и другие носят название стволовых клеток взрослого человека.
Достаточно давно было известно, что стромальные стволовые клетки костного мозга обладают способностью направленно превращаться в клетки совершенно разных типов. Для этого достаточно лишь добавить в среду соответствующие вещества — аскорбиновую кислоту, дексаметазон, инсулин и так далее. То же самое постоянно происходит в организме в рамках нормального процесса регенерации — стволовые клетки с током крови попадают в ткань-мишень, затем делятся и дифференцируются — приобретают структуру и свойства высокоспециализированных клеток. При этом высокоспециализированные клетки уже не способны к пролиферации.
За последние пятнадцать лет были получены убедительные доказательства наличия тканеспецифических стволовых клеток, которые, в первую очередь, отвечают за обновление клеточной популяции ткани и первыми активируются при повреждении. Конечно, они не обладают таким высоким потенциалом, как стромальные клетки костного мозга.
Но их роль особенно высока в тканях — производных эндо- и эктодермы, таких как печень, различные виды эпителия, и самое главное — в нервной ткани.
В тканях такие стволовые клетки могут располагаться локально, тогда их выделение существенно облегчается. Это относится, например, к лимбальным стволовым клеткам роговицы, отвечающим за восстановление эпителия глаза, или предшественникам эпителиоцитов кожи, локализованным в волосяных мешочках. Более трудная для биологов ситуация — когда обладающие способностью к пролиферации и дифференцировке клетки рассеяны по ткани — тогда для выделения необходим, во-первых, большой образец ткани, а во-вторых — дорогостоящие методы, в результате все равно приводящие к изменению искомых клеток.
Основным методом современной тканевой инженерии остается забор небольшого образца ткани с помощью биопсии, затем выделение из него необходимых клеток, «разведение» их в условиях in vitro, создание трехмерной конструкции — «графта», схожего по свойствам с поврежденной тканью, а затем — имплантация в очаг повреждения.
Увы, такой подход не срабатывает для нервной системы.
Многочисленные попытки восстановить таким образом нервную ткань головного или спинного мозга до сих пор ни к чему не приводили.
Ученые из Монреальского неврологического института и Университета Вашингтона пошли альтернативным путем.
Они сообразили: коль скоро нервная ткань центральной нервной системы не восстанавливает себя при повреждении, подобно коже или печени, необходимо действовать на другом этапе регенерации.
Биологи исследовали один из начальных процессов — миграцию клеток-предшественников в очаг повреждения. Во всех изученных прежде тканях миграция обеспечивается растворимыми факторами — хемокинами, выделяемыми, в первую очередь, приходящими в зону повреждения клетками крови — нейтрофилами и моноцитами. При этом происходит положительный хемотаксис, когда клетки активно мигрируют в зону повышенной концентрации вещества.
Как выяснилось, в нервной ткани все совсем наоборот. Филипп Хорнер, специалист по центральной нервной системе из Университета Вашингтона, пояснил, что присутствующие там стволовые клетки мигрируют от травмы, движимые сигналом неизвестной до недавнего времени природы.
Получается, что спинной мозг сам останавливает своё восстановление.
В публикуемой на этой неделе в Proceedings of the National Academy of Science работе ученые показали, что в основе этого лежит отрицательный хемотаксис. Они протестировали ряд белков и определили, что ключевую роль играет белок нетрин-1.
В развивающейся нервной системе нетрин-1 определяет пути движения нервных клеток, обеспечивая формированием упорядоченных структур в пределах центральной нервной системы. Но в поврежденном спинном мозге он же удерживает стволовые клетки нервной системы от миграции в зону повреждения, не давая им образовать новые нейроны.
Заблокировав нетрин-1, ученые добились того, что стволовые клетки оставались в пределах раны.
Конечно, хотелось бы не только отключить отрицательный хемотаксис, но и запустить положительный, однако это уже следующий этап.
Данная пилотная работа должна изменить подход к восстановлению дефектов нервной системы. Возможно, она сможет сдвинуть с мертвой точки мало пока удачные в сравнении с другими областями регенеративной медицины попытки запустить восстановление нервной системы.