Подсветка предшественников нейронов помогла мышам восстановиться после инсульта

Чтобы ускорить созревание предшественников нейронов, пересаженных в мозг больных для реабилитации после инсульта, ученые предложили действовать на эти клетки светом, который будет имитировать влияние окружения на молодые нейроны при развитии нервной системы. Метод похож на оптогенетический, но свет в данном случае генерируется в самом мозге, а не поступает туда от внешних источников. Научная статья опубликована в Journal of Neuroscience.

Последние 40 лет заболевания, при которых гибнет заметное количество нервных клеток, пытаются лечить трансплантацией предшественников нейронов в поврежденные участки мозга. Попадая туда, новые клетки приобретают черты «взрослых» компонентов нервной ткани и когнитивная деятельность в какой-то мере восстанавливается. Однако эффективность такого метода терапии в большинстве случаев пока не очень высокая — в том числе потому, что пересаженные предшественники не знают, как и куда им расти. Старые клетки должны создавать правильное микроокружение вновь прибывшим, а для этого необходимо, чтобы они подавали определенные сигналы.

Исследователи во главе с Шань Пин Юй (Shan Ping Yu) из Университета Эмори сымитировали команды клеткам-предшественницам от окружающих их зрелых нейронов, применив модифицированные методы оптогенетики. При оптогенетических экспериментах в клетки, от которых хотят добиться реакции, внедряют гены светочувствительных белков, главным образом каналородопсина-2. Он расположен в мембране клетки и представляет собой канал. Если под действием света его открыть, через него в клетку или из нее пойдут ионы, что изменит разность потенциалов на этой мембране и повлияет на активность данной клетки. На нейроны, содержащие каналородопсин-2, действуют светом с определенной длиной волны — он генерируется лазером или другим внешним по отношению к мозгу источником.

Авторы работы, о которой идет речь, заменили внешний источник на молекулы целентеразина, способные к биолюминесценции. Их два раза в день вводили через нос мышам, которым трансплантировали предшественники нейронов через неделю после экспериментально вызванного инсульта. У этих предшественников присутствовал ген люминопсина-3. В одноименном белке две основные части: светочувствительный канал как в каналородопсине-2 и люцифераза, которая при взаимодействии с целентеразином испускает свет. Таким образом, дважды в сутки будущие нейроны активировали светом, возникшим от контакта их собственных молекул с целентеразином, и никакие дополнительные приспособления уже не требовались. Этот метод ученые назвали оптохемогенетикой.

Анализ срезов поврежденных участков мозга, куда пересадили предшественники нейронов и стимулировали их оптохемогенетически, показал, что эти клетки успешно созревают, у них образуются нормальные присущие нейронам отростки. Записи электрической активности новых нейронов подтвердили, что они успешно встраиваются в уже имеющиеся сети связей. Поведенческие тесты показали, что у мышей всех полов и возрастов после такого лечения лучше восстанавливались когнитивные функции, чем у грызунов с экспериментальным инсультом, после которого вводили только целентеразин или только трансплантировали предшественники нейронов, не заботясь об их дальнейшей судьбе (а также по сравнению с теми, кого вообще не лечили). Учитывая, что после пересадки клеток целостность мозга уже не нарушается, инвазивные процедуры не проводятся, а частоту введения целентеразина можно менять, новый метод восстановления при инсульте очень перспективен и более безопасен, чем классическая оптогенетика.

Арсенал методов оптогенетики непрерывно пополняется. Появляются светочувствительные белки с новыми, заданными исследователями свойствами. Чтобы добиться этого, нужно знать структуру каналородопсина-2 и подобных ему молекул. Расшифровать ее две года назад удалось российским ученым.

Светлана Ястребова