Ученые создали модель болевого пути в чашке Петри, что открывает новые возможности для лечения хронической боли

В новом исследовании ученые из Stanford Medicine успешно воссоздали в лаборатории трехмерную модель нервного пути, отвечающего за передачу болевых сигналов у человека. Этот прорыв позволит глубже изучить механизмы хронической боли, а также понять, как на восприятие боли влияют такие состояния, как расстройства аутистического спектра. Кроме того, технология предоставляет альтернативу испытаниям на животных при тестировании новых обезболивающих препаратов.

Как передается боль?

Болевые сигналы, а также ощущения прикосновения, зуда и движения передаются от периферических нервов к мозгу через восходящий сенсорный путь. Нарушения в этой системе, вызванные генетическими или внешними факторами, могут приводить к хронической боли или повышенной чувствительности, характерной для расстройства аутистического спектра (РАС).

До сих пор изучение этих процессов было затруднено из-за различий между нервной системой животных и человека. Однако теперь ученые смогли воспроизвести болевой путь в лаборатории, используя органоиды — миниатюрные трехмерные модели органов, выращенные из стволовых клеток.

Как создали "болевой путь в чашке"?

Исследователи использовали индуцированные плюрипотентные стволовые клетки человека, чтобы создать четыре типа органоидов, соответствующих ключевым областям сенсорного пути. Они воспроизвели дорсальный ганглий, передающий сигналы от тела к спинному мозгу, дорсальный отдел спинного мозга, где происходит первичная обработка боли, таламус, передающий информацию в кору мозга, и соматосенсорную кору, ответственную за осознанное восприятие боли.

Каждый органоид содержал около 4 миллионов клеток и имел диаметр менее 2,5 мм. Когда эти структуры поместили рядом, их нейроны самостоятельно соединились, образовав единую систему, которую ученые назвали "ассемблоидом".

Доктор Серджиу Пашка, ведущий автор исследования, пояснил, что для создания рабочей модели не требуется точного контроля за соединением нейронов — достаточно создать правильные компоненты, и они сами найдут друг друга.

Как ассемблоид реагирует на боль?

Ученые проверили работу модели, воздействуя на нее капсаицином — веществом, вызывающим жжение в перце чили. В ответ органоиды демонстрировали волнообразную активность, аналогичную передаче болевого сигнала в организме: от сенсорного органоида к спинному, затем к таламусу и, наконец, к коре.

Особый интерес представляло изучение натриевого канала Nav1.7, играющего ключевую роль в передаче боли. Известно, что мутации в этом гене могут вызывать либо нечувствительность к боли, либо ее гиперчувствительность.

Когда ученые создали ассемблоид с мутацией, усиливающей боль, он генерировал спонтанные нервные импульсы даже без внешнего воздействия. А при отключении Nav1.7 синхронность между органоидами нарушалась, хотя сенсорные нейроны продолжали реагировать на раздражители. Доктор Серджиу Пашка отметил, что нейроны все еще активировались, но не могли скоординированно включить всю сеть.

Перспективы: новые лекарства и изучение аутизма

Эта модель открывает несколько важных направлений для науки и медицины. Во-первых, это может ускорить разработку неопиоидных анальгетиков. Поскольку Nav1.7 находится преимущественно в периферических нейронах, препараты, воздействующие на него, могут уменьшать боль, не вызывая зависимости, в отличие от опиоидов. Ученые планируют использовать ассемблоид для скрининга новых лекарств, подавляющих избыточную активность нейронов.

Во-вторых, модель поможет исследовать аутизм и другие нейроразвивающие расстройства. Так как она имитирует ранние этапы развития нервной системы, это позволит изучить, как формируется гиперчувствительность при РАС.

Наконец, технология предлагает этичную альтернативу экспериментам на животных, поскольку органоиды не обладают сознанием и не испытывают страданий.

Исследование опубликовано в журнале Nature и может стать важным шагом к персонализированной терапии хронической боли.