Полимерная подложка увеличила приживаемость нейронов в мозге в 38 раз

Американские ученые разработали технологию, позволяющую увеличить рост и повысить приживаемость нейронов, выращенных из стволовых клеток и введенных в мозг мышей. Результаты исследования опубликованы в Nature Communications.
Биополимеры на основе аминокислот были сконструированы для биомедицинских исследований. Ранее ученые выяснили, что трехмерная подложка, сделанная из биополимерных волокон на основе аминокислоты тирозина, поддерживает рост, самообновление и направленную дифференциацию человеческих эмбриональных стволовых клеток. В биополимерном субстрате клетки становятся менее подвижными, поэтому организация клеточной колонии меняется и взаимодействие между клетками улучшается.
Авторы работы дифференцировали человеческие индуцированные плюрипотентные стволовые клетки в клетки нейронов, при этом они выращивали клеточные культуры на трехмерных подложках («толстой» и «тонкой») с разной толщиной полимерных волокон (3,2 и 1,25 микрометров соответственно) и расстоянием между ними. «Оптимальный размер пор должен быть достаточно большой, чтобы они позволяли клеткам развиваться внутри подложки, но при этом достаточно маленький, чтобы созревшие нейроны «чувствовали» присутствие соседних клеток и выращивали нервные отростки, устанавливая контакт между ними. Такой контакт увеличивает выживаемость клеток и позволяет им созревать до полноценных нейронов, которые способны передавать электрический сигнал по всей растущей нейронной сети», — объясняет один из авторов исследования, профессор университета Ратгера Прабхас Могхе (Prabhas Moghe). Согласно гипотезе исследователей, на «толстой» подложке, за счет проникновения клеточной культуры вглубь субстрата и лучшего взаимодействия стволовых клеток между собой, рост клеток будет лучше и процент созревших нейронов будет выше. В то время как у «тонкой» подложки расстояние между волокнами слишком велико и клетки не смогут проникать внутрь полимерной ткани. В качестве контроля ученые использовали двухмерную биополимерную пленку.
Как и предполагали ученые, на «толстой» биополимерной подложке выросло больше жизнеспособных и созревших нейронов. 65 процентов клеток, выращенных на «толстой» трехмерной подложке вырабатывали белки, необходимые для роста нервных отростков. Для «тонкой» подложки показатель был ниже — 50 процентов, и только 40 процентов клеток, выращенных на контрольной подложке созрели и оказались способны синтезировать необходимые для роста белки.
Чтобы выяснить, как выращенные нейроны будут приживаться в мозговой ткани, авторы исследования делали инъекции нейронов на полимерной подложке, и отдельных нейронов, выращенных как клеточная культура, в полосатое тело (отдел мозга) мышей. Через три недели после инъекции ученые проверили выживаемость нейронов. Оказалось, что выжило 5,75 процента нейронов, выращенных и введенных в мозг вместе с полимерной подложкой, что в 38 раз выше, чем выживаемость (0,15 процента) отдельных нейронов.
Исследователи считают, что представленная технология позволит разработать метод лечения нейродегенеративных болезней, в частности болезни Паркинсона.
Полосатое тело — входит в структуру конечного мозга (переднего отдела головного мозга). Оно называется так потому, что на фронтальных и горизонтальных сечениях головного мозга выглядит как чередующиеся полосы серого и белого вещества. Полосатое тело регулирует мышечный тонус, участвует в регуляции работы внутренних органов, в формировании условных рефлексов. При развитии неизлечимой болезни Паркинсона, которая характеризуется мышечной ригидностью, непроизвольным дрожанием (тремором) конечностей и ухудшением двигательной активности, двигательные нейроны полосатого тела погибают.

Екатерина Русакова