Пробив в неврологията: Учени превръщат кожни клетки директно в неврони, без стволови клетки

Превръщането на един клетъчен тип в друг, например на кожата в неврон, изисква междинен етап. Първо кожната клетка се превръща в плурипотентна стволова клетка и едва след това в неврон. Изследователи от Масачузетския технологичен институт обаче са разработили опростен метод, който заобикаля етапа на стволовите клетки. Те са успели да получат повече от 10 неврона от една кожна клетка на мишка. Ако този подход може да бъде адаптиран за хората, той ще позволи генерирането на голям брой моторни неврони, които могат да помогнат за лечението на травми на гръбначния мозък и заболяванията, свързани с нарушена двигателна функция. Учените вече показаха, че тези неврони могат да бъдат трансплантирани в мозъка на мишки, където успешно се интегрират с тъканта.

Преди почти 20 години японски учени откриват, че кожните клетки могат да бъдат превърнати в индуцирани плурипотентни стволови клетки (iPSC) с помощта на четири транскрипционни фактора. Тези клетки, подобно на ембрионалните клетки, са способни да се развиват в различни видове тъкани. Процесът обаче отнема седмици и много клетки никога не достигат зрялост. Един от основните проблеми е, че клетките „засядат“ на междинните етапи. За да заобиколят този проблем, изследователите използват метода на директното преобразуване, като превръщат соматичните клетки директно в неврони, заобикаляйки етапа на iPSC.

Подобно директно преобразуване е демонстрирано и преди, но ефективността му бе изключително ниска – по-малко от 1%. В предишните експерименти учените използваха комбинация от шест транскрипционни фактора и два протеина, които стимулират клетъчното делене. Всеки от осемте гена обаче е бил доставян с отделен вирусен вектор, което е затруднявало контрола на тяхната експресия.

В новата работа процесът е опростен: сега за превръщането на кожните клетки в мотоневрони са достатъчни три транскрипционни фактора и два гена, които предизвикват активно клетъчно делене.

Изследователите са започнали експерименти с миши клетки, използвайки шест транскрипционни фактора. Постепенно елиминирайки ги един по един, те идентифицират минималната комбинация от три – NGN2, ISL1 и LHX3 – която ефективно превръща клетките в неврони. Тези три гена са доставени с помощта на един модифициран вирус, което им позволява да контролират прецизно тяхната експресия в клетките. След това, използвайки отделен вирус, екипът добавя гените p53DD и мутиралия HRAS, които карат кожните клетки да се делят активно, преди да се превърнат в неврони. Резултатът е 11-кратно увеличение на добива на неврони.

Учените са създали и леко модифицирана комбинация от транскрипционни фактори, която позволява директното превръщане на човешките клетки в неврони. Вярно е, че ефективността е по-ниска – от 10 до 30%. Но процесът отнема около пет седмици, което е по-бързо от превръщането чрез етапа на iPSC.

Заедно с колегите си от Бостънския университет учените са проверили дали тези моторни неврони ще се вживеят в мишките. Клетките са били инжектирани в corpus striatum – област от мозъка, отговорна за контрола на движението и други функции. След две седмици много от невроните се вкореняват и започват да образуват връзки с другите мозъчни клетки. В лабораторията тези клетки показват електрическа активност и калциева сигнализация. Това потвърждава способността им да взаимодействат с другите неврони. Сега изследователите планират да проучат възможността за трансплантиране на подобни неврони в гръбначния мозък.