Американські вчені розробили простий, швидкий і надійний метод отримання людських індукованих нервових стовбурових клітин (hiNSC). Звіт про роботу опубліковано в журналі.
Людські нейрони необхідні для проведення безлічі нейробіологічних і доклінічних досліджень. Зі зрозумілих причин добути нервові клітини безпосередньо з мозку неможливо (за винятком абортивного або трупного матеріалу, однак це викликає багато етичних питань, і такі клітини погано культивуються на живильному середовищі). Тому в більшості випадків вчені або користуються імморталізованими (безсмертними) клітинними лініями, що підходять далеко не для всіх цілей, або отримують нейрони з індукованих плюрипотентних стовбурових клітин (iPSC). Останній метод також має ряд недоліків: він займає багато часу, вимагає безлічі складних у виконанні проміжних стадій і призводить до неоднорідного диференціювання підсумкових нейронів.
Щоб подолати ці складнощі, співробітники Університету Тафтса використовували пряме перепрограмування фібробластів шкіри і стовбурових клітин жирової тканини в hiNSC. Для цього вони за допомогою знешкодженого вірусу ввели в клітини гени декількох факторів транскрипції, що керують диференціюванням клітин (OCT4, KLF4, SOX2 і c-MYC). Причому робота цих генів відбувалася без вбудовування в геном, що дало можливість згодом видалити сторонній генетичний матеріал. Після цього клітини помістили на середу з живильним шаром мишачих ембріональних фібробластів і отримали зростаючі колонії hiNSC.
Після цього колонії перетворили на суспензію з окремих клітин і помістили їх на живильне середовище. Вже на четвертий день клітини почали спонтанно диференціюватися в зрілі нейрони (на поверхні яких з'явилися характерні біомаркери і білки, необхідні для формування синапсів) і гліальні клітини (допоміжні клітини нервової тканини). Причому співвідношенням типів клітин можна було керувати, змінюючи склад живильного середовища. Крім того, отримані клітинні лінії hiNSC добре витримували множинні пересіви на поживних середовищах і зберігалися в замороженому вигляді.
Після восьмитижневої інкубації на спеціальних середовищах отримані з hiNSC нейрони демонстрували всі ознаки зрілості: підтримували мембранний потенціал від _ 50 до _ 70 мілівольт, генерували спонтанні і викликані потенціали дії і реагували на додавання фармпрепаратів, зокрема інгібіторів і стимуляторів гальмівних ГАМК-рецепторів.
У наступному експерименті вчені ввели hiNSC в нервову трубку курячих ембріонів. Залежно від безпосереднього оточення клітини диференціювалися в різні типи нейронів і вбудувалися як в центральну нервову систему, так і в периферичну нервову тканину формується кінцівки, не втрачаючи своєї форми і функції в присутність клітин інших тканин.
На закінчення дослідники помістили hiNSC в розроблену ними модель мозку, яка була зроблена з покритого ламініном шовкового каркаса і колагенового гелю. Через три тижні у диференційованих нейронів з'явилися довгі відростки і спостерігалася активна електрична діяльність, що свідчить про їх функціональність.
Дослідники відзначають, що їх методика дозволяє стабільно і швидко отримувати hiNSC для широкого кола лабораторних експериментів, проте в поточному вигляді не готова до клінічного застосування, оскільки вимагає використання тварин матеріалів. Вчені продовжують удосконалювати розроблену технологію і планують модифікувати її для моделювання різних захворювань мозку.
"Швидке диференціювання клітин прискорює проведення досліджень. Інші моделі мозку, що знаходяться в стадії розробки, часто вимагають місяців для формування аналога нервової тканини. При використанні нашого матрикса клітини вже через кілька тижнів формують нейронні мережі ", - зазначила перший автор роботи Дана Кеірнс (Dana Cairns).
Останнім часом нейробіологи досягли чималих успіхів у маніпуляціях з нервовими клітинами. Так, наприклад, вони навчилися керувати нервовими клітинами за допомогою радіохвиль, «зварювати» їх лазером, створювати штучні нейронні ансамблі пам'яті і друкувати аналог мозкової тканини на 3D-принтері.