Что-то – или некоторые вещи – в крови молодых мышей обладает способностью восстанавливать умственные способности старых мышей, как показало новое исследование исследователей Медицинской школы Стэнфордского университета.
Если то же самое касается людей, это может означать новую парадигму для перезарядки нашего стареющего мозга и может означать новые терапевтические подходы к лечению деменции, такой как болезнь Альцгеймера.
В исследовании, которое будет опубликовано 4 мая в журнале Nature Medicine, исследователи использовали сложные методы, чтобы выявить многочисленные важные молекулярные, нейроанатомические и нейрофизиологические изменения в мозге старых мышей, у которых была кровь молодых мышей.
Но они также провели критический эксперимент, который был далеко не изощренным, сказал Тони Висс-Корай, доктор философии, старший автор исследования и профессор неврологии и неврологических наук. Ученые просто сравнили производительность старых мышей в стандартных лабораторных тестах пространственной памяти после того, как эти мыши получили инфузии плазмы (бесклеточной части крови) от молодых и старых мышей или вообще без плазмы.
"Это можно было сделать 20 лет назад," сказал Висс-Корай, который также является старшим научным сотрудником в системе здравоохранения Пало-Альто по делам ветеранов. "Вам не нужно ничего знать о том, как работает мозг. Вы просто даете старую мышку молодую кровь и смотрите, умнее ли животное, чем раньше. Просто никто этого не сделал."
Wyss-Coray является соучредителем биотехнологической компании Alkahest, чтобы изучить терапевтические последствия результатов нового исследования. Он является директором научно-консультативного совета Алькахеста.
Ведущий автор исследования, доктор философии Саул Виледа, в настоящее время имеет собственную действующую лабораторию в качестве научного сотрудника факультета анатомии Калифорнийского университета в Сан-Франциско. Виледа был аспирантом Стэнфорда и, вкратце, докторантом под руководством Висс-Корея, когда большая часть работы была выполнена.
"Мы показали, что по крайней мере некоторые возрастные нарушения функции мозга обратимы. Они не окончательные," Виледа сказал.
Предыдущие эксперименты Wyss-Coray, Villeda и их коллег, описанные в статье, опубликованной в 2011 году в журнале Nature, показали, что ключевые области мозга старых мышей, подвергшихся воздействию крови молодых мышей, производили больше новых нервных клеток, чем мозг старых мышей. мыши, подвергшиеся воздействию крови старых мышей. Напротив, воздействие крови старых мышей на молодых мышей имело противоположный эффект в отношении производства новых нервных клеток, а также уменьшало способность молодых мышей ориентироваться в окружающей среде.
Но в этой более ранней работе напрямую не оценивалось влияние крови молодых мышей на поведение мышей старшего возраста. На этот раз исследователи проверили как изменения в нервных цепях и отдельных нервных клетках, так и очевидные улучшения в обучении и памяти. Сначала они исследовали пары мышей, кровеносные системы которых были соединены хирургическим путем. Члены таких пар, известные как мыши-парабиотики, имеют общий кровоснабжение.
Группа Висс-Корая обратила особое внимание у этих мышей с парабиотиками на структуру мозга, называемую гиппокампом. Как у мышей, так и у людей эта структура имеет решающее значение для формирования определенных типов воспоминаний, в частности, для воспоминания и распознавания пространственных паттернов. "Это то, что вам нужно использовать, когда, например, вы пытаетесь найти свою машину на парковке или перемещаться по городу без использования системы GPS," Висс-Корай сказал.
Опыт меняет активность и анатомию гиппокампа. Исследования показали, например, что у ветерана лондонского таксиста гиппокамп больше, чем был, когда водитель был впервые нанят, и больше, чем у среднего человека. Гиппокамп также чрезвычайно уязвим для нормального процесса старения, проявляя раннюю эрозию функции по мере взросления человека. При деменции, такой как болезнь Альцгеймера, ухудшение гиппокампа ускоряется, что приводит к неспособности формировать новые воспоминания.
"Мы знаем, что по мере старения мышей и людей в гиппокампе происходят пагубные анатомические и функциональные изменения," сказал Виледа. "Это просто от естественного старения. Мы все движемся в этом направлении."
Когда исследователи сравнили гиппокамп старых мышей, кровеносные системы которых были соединены с кровеносными системами молодых мышей, с гиппокампами старых мышей, которые были спарены с другими старыми мышами, они обнаружили устойчивые различия в ряде биохимических, анатомических и электрофизиологических показателей, которые, как известно, были важен для кодирования нервно-клеточными цепями нового опыта для удержания в коре головного мозга.
Гиппокампы старых мышей, которые были соединены с более молодыми мышами, больше напоминали гиппокампы более молодых мышей, чем гиппокампы более старых мышей, соединенных аналогичным образом со старыми мышами. Старые мыши в паре с молодыми мышами производили большее количество определенных веществ, которые, как известно, вырабатываются клетками гиппокампа во время обучения, например. Нервные клетки гиппокампа от старших членов пар парабиотиков «старый-молодой» также показали повышенную способность укреплять связи между одной нервной клеткой и другой, что важно для обучения и памяти.
"Как будто эти старые мозги заряжались молодой кровью," Висс-Корай сказал.
Виледа, Висс-Кора и их сотрудники затем подвергли обычных мышей старшего возраста испытанию, в котором мышей обучили быстро находить затопленную платформу в заполненном водой контейнере. Мыши должны были быстро ориентироваться, используя подсказки памяти, предоставляемые их окружением. Исследователи вводили старым мышам внутривенно плазму молодых или старых мышей и прогоняли их через тест. Как правило, необработанные старые мыши показали худшие результаты по сравнению с молодыми мышами, как это было при инъекции плазмы старых мышей. Но если им вливать плазму молодых мышей, они справлялись намного лучше.
То же самое было и в другом тесте, в котором мышей учили замирать от страха, когда их бросали в определенную среду. Чем лучше они распознают эту среду, тем дольше они будут замерзать. Старые мыши обычно замерзают на более короткий период времени, чем молодые. Опять таки, "замораживание" время для более старых мышей, получавших молодую плазму, но не старую плазму, значительно увеличилось.
В обоих тестах улучшение исчезало, если плазма, подаваемая старым мышам, сначала подвергалась воздействию высоких температур. Тепловая обработка может денатурировать белки, поэтому это указывает на то, что белок или их группа, передающийся с кровью, могут быть ответственны за когнитивные улучшения, наблюдаемые у старых мышей, получавших плазму молодых мышей.
"В крови молодых мышей присутствуют факторы, которые могут перезаряжать мозг старой мыши, чтобы она функционировала больше как молодая," Висс-Корай сказал. "Мы интенсивно работаем, чтобы выяснить, какими могут быть эти факторы и из каких именно тканей они происходят."
"Мы еще не знаем, сработает ли это на людях," он сказал, добавив, что он надеется узнать раньше, чем позже. Ближайшая цель его компании – проверить это предложение с помощью клинических испытаний.