Mokslininkai iš kamieninių ląstelių išaugino daugiau nei 400 rūšių nervinių ląstelių

Nervų ląstelės nėra tiesiog nervinės ląstelės. Atidžiau panagrinėjus, naujausi skaičiavimai rodo, kad žmogaus smegenyse yra keli šimtai ar net keli tūkstančiai skirtingų tipų nervinių ląstelių. Šios rūšys skiriasi savo funkcijomis, ataugų skaičiumi ir ilgiu bei tuo, kaip jos jungiasi viena su kita. Jos į sinapses išskiria skirtingus neurotransmiterius, ir priklausomai nuo smegenų srities – pavyzdžiui, smegenų žievės ar vidurinių smegenų – yra aktyvūs skirtingų tipų ląstelės.

Kai mokslininkai eksperimentams augino nervines ląsteles iš kamieninių ląstelių Petri lėkštelėse, jie negalėjo paaiškinti visos šios įvairovės. Iki šiol tyrėjai buvo sukūrę metodus, kaip in vitro auginti tik kelias dešimtis skirtingų tipų nervinių ląstelių. Tam jie naudojo genetinės inžinerijos metodus arba pridėjo signalizacijos molekulių, kad aktyvuotų specifinius tarpląstelinius signalizacijos kelius. Tačiau jiems niekada nebuvo priartėję prie to, kad būtų galima užfiksuoti šimtų ar tūkstančių skirtingų tipų nervinių ląstelių, egzistuojančių organizme, įvairovę.

„Iš kamieninių ląstelių gauti neuronai dažnai naudojami ligoms tirti. Tačiau iki šiol tyrėjai dažnai ignoravo, su kokio tipo neuronais jie dirba“, – sako Barbara Treutlein, ETH Ciuricho Biosistemų mokslo ir inžinerijos katedros profesorė Bazelyje.

Tačiau, anot jos, tai nėra geriausias požiūris į tokį darbą.

„Jei norime sukurti ląstelių modelius tokioms ligoms ir sutrikimams kaip Alzheimerio, Parkinsono ir depresijos tyrimams, turime atsižvelgti į specifinį nervinių ląstelių tipą, dalyvaujantį patologiniame procese.“

Sistemingas patikrinimas kaip raktas į sėkmę

Treutlein ir jos komanda sėkmingai sukūrė daugiau nei 400 skirtingų tipų nervinių ląstelių, taip atverdami kelią tikslesniems fundamentiniams neurologiniams tyrimams naudojant ląstelių kultūras.

ETH mokslininkai tai pasiekė dirbdami su žmogaus indukuotų pluripotentinių kamieninių ląstelių, gautų iš kraujo ląstelių, kultūra. Šiose ląstelėse jie genetiškai modifikavo tam tikrus neuronų reguliavimo genus ir apdorojo ląsteles skirtingais morfogenais – specialia signalinių molekulių klase. Treutleino komanda taikė sisteminį metodą: atrankos eksperimentuose naudojo septynis morfogenus skirtinguose deriniuose ir koncentracijose. Galiausiai tai davė beveik 200 skirtingų eksperimentinių sąlygų rinkinių.

Morfogenai

Morfogenai yra signalinės medžiagos, žinomos iš embriono vystymosi tyrimų. Jie embrione pasiskirsto netolygiai ir skirtingomis koncentracijomis sudaro erdvinius gradientus. Taigi, jie lemia ląstelių padėtį embrione – pavyzdžiui, ar ląstelė yra arčiau kūno ašies, ar yra nugaros, pilvo, galvos ar liemens srityje. Atitinkamai, morfogenai padeda nustatyti, kurios struktūros formuosis skirtingose kūno dalyse.

Mokslininkai, naudodami įvairius analizės metodus, įrodė, kad eksperimento metu jiems pavyko gauti daugiau nei 400 skirtingų tipų nervinių ląstelių. Jie tyrė RNR (taigi ir genetinį aktyvumą) atskirų ląstelių lygmeniu, taip pat ląstelių išvaizdą ir funkciją, pavyzdžiui, kokio tipo ląstelės procesus jos turėjo ir kokius elektrinius nervinius impulsus skleidė.

Tuomet tyrėjai palygino savo duomenis su informacija iš žmogaus smegenų neuronų duomenų bazių. Tai leido jiems nustatyti sukurtų nervinių ląstelių tipus, pavyzdžiui, periferinės nervų sistemos ląsteles ar smegenų ląsteles, taip pat smegenų sritį, iš kurios jos atsirado ir už ką šios ląstelės yra atsakingos – skausmo, šalčio, judėjimo ir kt. suvokimą.

In vitro neuronai veikliųjų medžiagų paieškai

Treutleinas teigė, kad jiems dar toli gražu nepavyksta in vitro pagaminti visų organizme egzistuojančių nervinių ląstelių tipų. Tačiau dabar tyrėjai turi prieigą prie daug daugiau skirtingų ląstelių tipų nei anksčiau.

Jie nori panaudoti in vitro užaugintus neuronus ląstelių modeliams, skirtiems tirti rimtas neurologines ligas, įskaitant šizofreniją, Alzheimerio, Parkinsono ligas, epilepsiją, miego sutrikimus ir išsėtinę sklerozę, sukurti. Tokie ląstelių modeliai taip pat labai įdomūs farmacijos tyrimams, nes leidžia išbandyti naujų veikliųjų junginių poveikį ląstelių kultūrose nenaudojant gyvūnų, o galutinis tikslas – vieną dieną išmokti išgydyti šias ligas.

Ateityje šios ląstelės taip pat galėtų būti naudojamos ląstelių pakeitimo terapijai, kurios metu sergančios arba negyvos smegenų nervų ląstelės pakeičiamos naujomis žmogaus ląstelėmis.

Tačiau prieš tai įvykstant, reikia išspręsti problemą: savo eksperimentuose tyrėjai dažnai gamino kelių skirtingų tipų nervinių ląstelių mišinį. Dabar jie dirba ties metodo optimizavimu, kad kiekviena eksperimentinė sąlyga sukurtų tik vieno konkretaus tipo ląsteles. Jie jau turi keletą pradinių idėjų, kaip tai padaryti.