Наша команда из Стэнфордского университета только что придумала рецепт превращения клеток крови взрослых непосредственно в нервные клетки или нейроны.
Вам может быть интересно, зачем кому-то превращать кровь в клетки мозга?. Исследователи вроде меня хотели бы лучше понять причины таких заболеваний мозга, как аутизм, шизофрения или большая депрессия. Но сложно изучать такие сложные заболевания в лаборатории.
Наша новая процедура должна упростить это исследование, потому что мы можем собрать клетки крови у пациента, например, с шизофренией, и посмотреть, могут ли болезненные процессы, происходящие в мозгу человека, воспроизводиться в нейронах, полученных из крови в чашке Петри. Это исследование не только даст представление о том, как развиваются заболевания, но и создаст способ опробовать новые методы лечения, прежде чем они будут назначены пациентам.
Почему так сложно изучать психоневрологические заболевания?
Заболевания головного мозга трудно изучать из-за того, что каждый человек обладает уникальной генетической структурой, а это означает, что одно и то же заболевание – аутизм, шизофрения или депрессия – проявляется у каждого человека по-разному. Кроме того, лишь у небольшого процента пациентов есть мутации в одном гене, который, по-видимому, ответственен за заболевание.
Когда ДНК сотен пациентов с нейропсихиатрическими заболеваниями и здоровых людей была проверена на наличие болезнетворных генов, определенные версии генов были более распространены у пациентов, чем у здорового населения, что позволяет предположить, что они могут играть роль в возникновении болезни.
Это говорит о том, что большинство пациентов несут несколько генов, которые способствуют их состоянию. Вклад каждого гена невелик, но сочетание десятков генетических вариаций приводит к тяжелой болезни.
По этой причине сложно оценить роль этих второстепенных генов во всем процессе болезни, выяснить, какие из них являются ключевыми, и определить критическую комбинацию генетических вариаций, необходимую для запуска болезни. Поскольку мы не знаем ключевые задействованные гены, мы не можем создать мышей, которые точно имитируют процесс заболевания у людей, и мы не можем тестировать методы лечения этих заболеваний.
Перепрограммирование клетки
Перепрограммирование клеток, способность преобразовывать один тип клеток в другой, предлагает возможное решение этой проблемы. В 2006 году ученые показали, что клетки кожи можно трансформировать в плюрипотентные стволовые клетки – клетки, которые могут развиваться во многие типы клеток, – которые, в свою очередь, можно уговорить превратить в нейроны. Несколько лет спустя, в 2010 году, мы упростили этот двухэтапный процесс и обнаружили способ превращения клеток кожи непосредственно в нейроны.
Но получение клеток кожи непросто и связано с болезненной процедурой. Более того, клетки кожи необходимо выращивать, прежде чем они превратятся в другие клетки, которые могут вызвать искусственные мутации, не имеющие отношения к возникновению заболевания.
С нашим подходом мы можем взять всего несколько капель крови и сгенерировать десятки тысяч нейронов.
Мы можем завершить это изменяющее форму превращение одного типа клеток в другой, добавив всего четыре специфических белка, которые, как мы определили, играют жизненно важную роль в развитии мозга, к только что взятым или сохраненным клеткам крови. Этих четырех факторов достаточно, чтобы быстро перепрограммировать эти клетки и превратить их в нейроны в течение нескольких недель лечения.
За этот период белые кровяные тельца меняют форму, превращаясь из шаровидной клетки в нейрон с нежными, похожими на щупальца ветвями. Они отображают белки, которые обычно украшают поверхность нейронов, и в наших экспериментах они вели себя как нейроны и передавали электрические сигналы. По сравнению с нейронами мозга "индуцированный" нейроны кажутся менее зрелыми. Наша методика уже полезна для некоторых приложений, для других, где требуются зрелые нейроны, ее еще предстоит усовершенствовать.
Наша стратегия позволяет ученым генерировать нейроны от пациентов, пораженных интересующим заболеванием, которые содержат все генетические элементы, которые на самом деле вызывают это состояние. Нам все еще нужно будет создать нейроны из многих пациентов и здоровых субъектов и проанализировать гены, активные в каждой группе, прежде чем мы сможем определить, какие гены участвуют во всех формах болезни. Надеемся, что с помощью этого метода мы сможем идентифицировать наиболее подходящие гены, которые должны быть хорошими мишенями для лекарств, модифицирующих болезнь.