Нейроны лечатся слиянием
Чтобы помочь восстановлению одного из видов нейронов, не способных к делению, стволовые клетки крови объединяются с ними в двуядерные образования и начинают синтезировать белки нервной ткани. Чтобы выяснить это, учёным пришлось сшить двух мышей, соединив их кровеносную и лимфатическую системы.
Стволовые клетки не перестают удивлять учёных, которые до сих пор не очень хорошо понимают, как работают эти «солдаты медицины будущего». К двум основным механизмам, предложенным до сих пор, – замена стволовыми клетками клеток повреждённого органа и стимуляция деления клеток его сохранившихся частей – добавился ещё один.
По крайней мере часть стволовых клеток способна сливаться с некоторыми нейронами, образуя удивительные двуядерные образования. В ответ на хроническое воспаление, сигнализирующее организму о болезни, стволовые клетки крови устремляются в мозг и сливаются с одним из типов нейронов в 100 раз интенсивнее, чем ранее считалось.
По мнению учёных, это может хотя бы частично объяснить многочисленные положительные клинические эффекты, описанные до сих пор, а также стать новым направлением для клеточной терапии.
Гемопоэтические стволовые клетки удивляют ученых не в первый раз. Ещё в начале прошлого века петербургский учёный Александр Максимов предположил наличие в костном мозге небольшой популяции клеток, обладающих способностью к образованию всех остальных клеток крови. Эти «универсалы», позже названные гемопоэтическими стволовыми клетками, стали первыми стволовыми клетками, известными науке.
Позже работы Александра Фриденштейна и его коллег из Сибирского отделения Академии медицинский наук доказали наличие способности к превращению для так называемых стромальных клеток костного мозга. Наконец, лишь в последний десяток лет ученые не только обнаружили большое содержание гемопоэтических клеток в крови экспериментальных животных и человека, но и доказали, что превращаться они могут не только в красные и белые кровяные тельца, но и в клетки других тканей организма.
Всё эти особенности легли в основу современной регенеративной медицины.
Однако до сих пор вклад различных механизмов в действительно значительный эффект, достигаемый при трансплантации различных стволовых клеток, остаётся невыясненным. В частности, ученые до сих спорят, что действует сильнее – встраивание стволовых клеток в поврежденный орган или же влияние их на сохранившиеся в целостности клетки.
Теперь жаждущим истины ученым придётся выбирать среди трёх механизмов – список пополнился «слиянием», «переоткрытым» Хелен Блау и её коллегами по Стэнфордскому университету.
Они показали, что, когда начинается хроническое воспаление, клетки-предшественники устремляются в головной мозг и сливаются с определенным типом нервных клеток в 100 раз чаще, чем ранее считалось.
После слияния образуется клетка-гетерокарион, генетический материал которой, по сути, не отличается от информации, записанной в последовательности ДНК других клеток организма.
Но регуляторные механизмы заставляют ядро клетки-предшественника экспрессировать ранее «молчащие» гены, характерные именно для нервной ткани.
Как справедливо отметили ученые в своей работе, принятой к публикации в Nature Biology, этот эффект уже был замечен для гемопоэтических клеток в паре с нейронами, клетками печени и скелетной мускулатуры. Однако внимания на него не обратили – слишком мала была частота явления, даже в условиях повреждения ткани-мишени. Ученые решили, что этот феномен не обладает реальной биологической значимостью.
Блау и её коллеги сконцентрировались на клетках Пуркинье – огромных нейронах, располагающихся в одном из слоев коры мозжечка. Прежде к особенностям клеток Пуркинье помимо огромного размера, выделяющего их даже среди нейронов, относили большое количество межклеточных контактов и полное отсутствие способности к регенерации. Теперь выяснилось ещё одно их свойство – способность сливаться с клетками-предшественниками из крови и костного мозга.
Учёные обнаружили явление благодаря новому методу изучения слияний клеток.
Предыдущие эксперименты по изучению этого явления на мышах заключались в использовании сублетальных доз радиации, которые не убивают животное, но полностью уничтожают костный мозг. После этого облученной мышке пересаживают костный мозг от грызуна той же линии, обладающего таким же генетическим материалом, – это классический эксперимент 60-х годов, отличающийся только новым методом поиска. В ядра пересаживаемых клеток добавляют ген зеленого флуоресцирующего белка, который позволяет легко находить пересаженные в костный мозг и мигрировавшие в другие органы гемопоэтические клетки.
Этот эксперимент обладает существенным недостатком. Облучение – значительный стресс для организма, приводящий к нарушению естественного полупроницаемого – так называемого гемато-энцефалического – барьера между кровью и головным мозгом. С точки зрения иммунологии в здоровом организме клетки крови вообще не должны проникать в нервную ткань.
Блау и её коллеги исправили этот недостаток, одновременно усложнив себе работу, а подопытным животным – жизнь. Они прибегли к парабиозу – искусственно соединили кровеносную и лимфатическую системы двух мышей. При этом одну из мышек предварительно облучали и пересаживали ей «озелененный» костный мозг. «Слияние» предполагалось изучить в мозжечке другой, чей гемато-энцефалический барьер не претерпел изменений.
Через 38 недель более половины всех клеток крови такой «химеры» становились «зелёными». После этого сроднившихся мышек разделяли, но в крови необлученного партнера оставалось достаточно зеленых клеток-предшественников, число которых постепенно уменьшалось со временем. Этих клеток-предшественников было достаточно для продолжения образования гетерокарионов с клетками Пуркинье. Правда, число их оставалось небольшим – всего лишь несколько десятков на весь мозжечок.
Однако у некоторых особей это число превысило несколько сотен, а в отдельных случаях измерялось тысячами.
Когда ученые стали разбираться, в чем причина такого стократного увеличения, то обнаружили, что все «исключительные» мыши больны тяжелым аутоиммунным заболеванием – идиопатическим язвенным дерматитом, проявляющимся на коже, но сказывающимся и на всей иммунной системе, а это миллиарды клеток по всему организму.
В итоге экспериментаторы получили в свои руки новый, весьма эффективный инструмент для влияния на свойства тканей, органов и отдельных клеток, а теоретики от биологии и медицины получили новую головную боль: причина обнаруженного явления до сих пор не известна.
Ну а обычные люди не теряют надежду, что с объяснением механизма работы стволовых клеток регенеративная медицина станет работать лучше и для большего числа людей. Пока её успехи сродни скорее слепому поиску, чем движению к намеченной издалека цели.
