Выращенные в лаборатории органоиды спинного мозга человека удалось восстановить после повреждения
Ученые совершили значительный прорыв в области лечения травм спинного мозга, которые приводят к параличу. Исследователи из Северо-Западного университета вырастили в лабораторных чашках миниатюрные органоиды человеческого спинного мозга, а затем успешно протестировали на них терапию, которая помогла поврежденной ткани восстановиться и регенерировать.
Травмы спинного мозга часто ведут к параличу, поскольку поврежденные нервные клетки центральной нервной системы плохо регенерируют. Это связано как с механизмами подавления роста новых аксонов, так и с образованием рубцовой ткани, через которую нервным волокнам трудно проникнуть.
В предыдущих работах команда под руководством биомедицинского инженера Сэмюэля Стаппа разработала материал под названием IKVAV-PA, который успешно обращал вспять паралич у мышей с тяжелыми травмами спинного мозга. Ключевым элементом этого лечения являются супрамолекулярные терапевтические пептиды, получившие название «танцующие молекулы». Они способны подстраиваться под движение рецепторов на нервных клетках, стимулируя таким образом рост аксонов.
Однако мышиные модели — это лишь первый шаг. Следующим логичным этапом стала проверка терапии на человеческих тканях, выращенных из стволовых клеток. «Один из самых захватывающих аспектов органоидов заключается в том, что мы можем использовать их для тестирования новых методов лечения на человеческих тканях, — пояснил Стапп. — За исключением клинических испытаний, это единственный способ достичь этой цели».
Исследователи взяли индуцированные плюрипотентные стволовые клетки взрослого донора и вырастили из них органоиды спинного мозга диаметром 3 миллиметра. В течение нескольких месяцев культивирования органоиды развили клеточную архитектуру, схожую с настоящим человеческим спинным мозгом: в них появились нейроны, астроциты и организованные слои тканей.
Когда органоиды достигли зрелости, ученые нанесли им повреждения двух типов: одни образцы были разрезаны скальпелем, а другие подверглись компрессионной травме, аналогичной раздавливанию, которое может произойти при автомобильной аварии. В обоих случаях органоиды отреагировали так же, как настоящий спинной мозг: наблюдалась немедленная гибель нервных клеток, образование глиальных рубцов и воспаление. «Мы смогли отличить астроциты, входящие в состав нормальной ткани, от астроцитов в глиальном рубце, которые крупны и очень плотно упакованы», — отметил Стапп.
Затем на часть повреждений нанесли жидкое вещество IKVAV-PA, в то время как другие обработали контрольным раствором, не содержащим «танцующих молекул». На месте травмы жидкость мгновенно загелеобразовывалась, создавая каркас, а активные молекулы начинали химически и физически стимулировать нервные клетки к регенерации.
Результат оказался впечатляющим. В обработанных органоидах воспаление и рубцевание были значительно слабее, чем в контрольной группе, и наблюдался гораздо более активный рост нервных клеток. «После применения нашей терапии глиальный рубец значительно исчез, став едва заметным, и мы увидели рост нейритов, напоминающий регенерацию аксонов, которую мы наблюдали у животных. Это подтверждение того, что наша терапия имеет хорошие шансы сработать на людях», — заявил Сэмюэль Стапп.
Хотя до тестирования на людях, вероятно, еще несколько лет, последовательные и обнадеживающие результаты как на мышиных, так и на человеческих тканевых моделях являются крайне перспективными для разработки будущих методов лечения.
Исследование было в журнале Nature Biomedical Engineering.