- ПРОВЕСТИ РЕМОНТ
- ВЗЯТИ З СВОЇХ
- Прижилися і ОЧОЛИТИ
- Прищепити ТРОХИ УМА
- перемогти природу
- ХВОРОБА ПАРКІНСОНА
- ІНСУЛЬТ
Люди, які вірять в науку, не сумніваються, що зовсім скоро ми навчимося відрощувати втрачені кінцівки і міняти органи в міру їх старіння. Але навіть відчайдушні мрійники розуміють: виконати те ж саме з мозком важко. І помиляються
ПРОВЕСТИ РЕМОНТ
C кожним роком в мозку дорослої людини стає все менше і менше нейронів: вони відмирають як планово, так і раптово. Деякий час спад нейронів не заважає жити, але до старості мозок втрачає вже стільки нервових клітин, що це стає помітно: людина гірше міркує, постійно щось забуває, йому важко пересуватися. Ще недавно дослідники були впевнені, що компенсувати втрату нейронів не можна. В кінці ХІХ століття іспанський лікар Сантьяго Рамон-і-Кахаль проголосив: «Нервові шляхи у дорослих - це щось застигле, завершене, незмінне. Все може померти, ніщо не відроджується ». Довгі роки вчені не сумнівалися в істинності цього твердження, але поступово стали накопичуватися свідоцтва, що мозок все ж вміє лагодити себе - наприклад, він робить це після травми або інсульту.
Головна стратегія «ремонту» - передати частину функцій, які виконували загиблі клітини, сусідам. Але є і більш радикальний шлях: спостереження показали, що мозок вирощує нові клітини замість втрачених! Спочатку дослідники з Університетського коледжу Лондона виявили, що у нейронів навколо пошкодженого місця починають з'являтися довгі відростки - аксони, які з'єднуються з сусідами, формуючи нові зв'язки. Через аксони нервові клітини спілкуються один з одним і передають всілякі сигнали. А в 1969 році вчені з Каролінського інституту пересадили незрілі нейрони з щурячих ембріонів в очі дорослим щурам - і вони прижилися. Ці дослідження довели, що мозок можна «підновляти», а значить, стареча втрата нейронів оборотна.
Щоб перевірити, чи можна використовувати відкриття на практиці, вчені провели серію дослідів з щурами, у яких була штучно створена хвороба Паркінсона. Це одне з так званих нейродегенеративних захворювань, при яких у хворих масово відмирають нейрони в певних відділах мозку. Дослідники пересадили щурам нервові клітини, і дуже скоро гризунам стало помітно краще. Наступні потім досліди на людях з паркінсонізмом показали трохи скромніший, але тим не менш помітний результат. Натхненні їм вчені в десятках лабораторій почали вдосконалювати нову технологію.
ВЗЯТИ З СВОЇХ
Головне питання при пересадці нейронів: звідки брати нервові клітини? Якщо просто вирізати їх з іншої ділянки мозку, погано працювати почне вже він. Щоб не допустити такого, вчені пересаджують не спів нейрони, а їх попередники - нейробласти. Потрапляючи в нове оточення, нейробласти дозрівають і стають повноцінними нервовими клітинами. У мозку дорослих тварин нейробласти є: саме вони дають початок новим зрілим нервовим клітинам у міру відмирання старих нейронів. Однак у людей попередників нейронів дуже мало, і використовувати їх як повноцінний ресурс для пересадки не вийде. В кінці минулого століття нейробласти добували з ембріонів, а зараз отримати дозвіл на досліди з ними вкрай складно - з етичних міркувань.
Але біологи знайшли вихід: використовуючи досягнення молекулярної біології, вони навчилися штучно робити попередники з уже дорослих клітин, причому з тих, що становлять не мозкову тканину, а, наприклад, шкіру. В середині 2000-х японські вчені під керівництвом Сін'я Яманака розробили спосіб повертати зрілі клітини в «дитяче» стан, впливаючи на них порівняно невеликою кількістю біологічно активних речовин. Те, що вийшло, назвали індукованими плюрипотентними стовбуровими клітинами - iPSC, і при правильному «керівництві» ззовні вони можуть стати будь-якими іншими клітинами. iPSC роблять з клітин саме того організму, якому потрібно трансплантація. Імунна система не вважає їх чужорідними і не запускає реакцію відторгнення.
Плюрипотентні стовбурові клітини перетворюють не тільки в «звичайні» попередники нейронів. Часто з них отримують інші типи стовбурових клітин, наприклад ті, що запускають утворення кровоносних судин. В результаті їх роботи в пошкодженій ділянці мозку формуються нові ланцюжки нейронів і відновлюється порушений кровообіг.
Місце трансплантації вибирають виходячи з того, які області мозку найсильніше постраждали. Наприклад, при хворобі Паркінсона відмирають нейрони хвостатого ядра середнього мозку, тому попередники нервових клітин пересаджують прямо туди. Потрапивши в нове оточення, нейробласти отримують від сусідів різноманітні сигнали, які дозволяють їм «зрозуміти», яким нейроном стати.
Іноді використовують і іншу тактику - попередники нейронів вводять в бічні шлуночки мозку. Їх стінки - своєрідні мозкові «колискові» попередників нервових клітин, звідки вони мігрують в різні ділянки мозку. Пересадка нейробластов в шлуночки імітує нейрогенез - процеси, які відбуваються при розвитку ембріона і при самостійному відновленні пошкоджених ділянок мозку. Це перспективний шлях, але дослідникам ще належить навчитися контролювати переміщення клітин і, в разі якщо вони заблукають, направити куди потрібно.
Прижилися і ОЧОЛИТИ
Пересаджуючи попередники нейронів, можна не тільки відновлювати нормальну роботу мозку, але прицільно втручатися в його діяльність, змушуючи, наприклад, в потрібний час включати додаткові ресурси. Як показало дослідження на мишах, проведене в 2011 році, іноді пересаджені в головний мозок клітини не просто вбудовуються в системи зв'язків і приймають і подають сигнали, але і беруть на себе роль начальників і керують активністю нейронів-сусідів. Менеджерський потенціал трансплантатів можна використовувати постійно або активувати за сигналом, скажімо, запускати синтез наших природних знеболюючих - ендорфінів, - саме тоді, коли голова «розколюється». Або активувати роботу «сховища пам'яті» гіпокампу під час іспитів. «Вмикач» суперздатність може служити спалах світла, що приходить по найтоншому оптоволокну. Подібні бионические системи, що дозволяють активувати ті або інші нейрони на вимогу, вже тестують на тваринах. Правда, щоб нервові клітини реагували на світло, попередньо потрібно внести деякі зміни в їх геном. З людьми такі маніпуляції проводити не можна, але вчені щосили шукають інші способи управляти активністю нейронів.
Прищепити ТРОХИ УМА
Лікування різноманітних захворювань - найочевидніша область, де можна застосовувати пересадку нейронів. Однак в теорії ця технологія буде корисна і здоровим: підвищити когнітивні здібності в цілому, «посилити» області мозку, яким не вистачає активності, запускати необхідні біохімічні сигнали «на вимогу». На людях подібних досліджень поки не проводили: все-таки трансплантація - повноцінне хірургічне втручання з усіма властивими йому ризиками. У сучасних реаліях комітети з етики при університетах, які обов'язково оцінюють дослідження, невиправданого ризику не допустять, особливо коли мова йде про мозок. Але ситуація цілком може змінитися, якщо досліди на тваринах покажуть хороший результат. Тут перед вченими встане вже інше питання: чи етично не робити трансплантацію, якщо це радикально поліпшить якість життя. І поява подібних питань буде сигналом, що в розвитку людства почалася нова ера - ера справжньої наукової фантастики.
МЕДИЧНА КАРТА
перемогти природу
В майбутньому пересадка попередників нейронів може стати універсальним способом підкоригувати роботу мозку. І вже сьогодні її використовують у людей для терапії нейродегенеративних захворювань, в першу чергу хвороб Паркінсона й Альцгеймера. У дослідах на тваринах вчені за допомогою трансплантації нервових клітин успішно перемагають та інші хвороби, наприклад епілепсію і бічний аміотрофічний склероз. Крім того, пересадка нейробластов зменшує негативні наслідки травм голови і «підтягує» недорозвинених мишенят до рівня нормальних.
ХВОРОБА ПАРКІНСОНА
У лікуванні паркінсонізму терапія попередниками нейронів досягла найбільших успіхів. У хворих невідворотно гинуть нейрони, які виробляють одне з найважливіших для мозку речовин - дофамін. У міру того як його кількість зменшується, пацієнтам стає складніше рухатися, вони втрачають координацію і не можуть вгамувати постійну тремтіння в кінцівках.
Один із способів відновити нормальний рівень дофаміну - пересадити хворим нові нейрони, здатні виробляти його. В кінці 1980-х років мексиканські дослідники вперше трансплантували ембріональні стовбурові клітини (на їх використання отримували спеціальний дозвіл) в мозок пацієнтів з паркінсонізмом. Клітини прижилися, у прооперованих хворих зменшився тремор і ослабли інші прояви хвороби.
З тих пір вчені розробили ще кілька методик пересадки нейробластов, багато з яких вже на стадії клінічних випробувань. У 2013 році досліди з пересадки попередників нейронів, «вихованих» з клітин шкіри (та сама технологія штучно створених стовбурових клітин iPSC), дали відмінний результат на гризунах. Виявилося, що в розвинених з пересаджених клітин нейронах набагато слабкіше проявляються характерні для паркінсонізму ураження. Якщо фахівці навчаться надійно трансплантувати нейробласти і грамотно направляти їх розвиток, в майбутньому можна буде замінювати пошкоджені мозкові тканини на нові, які частково або повністю стійкі до проявів хвороби.
ІНСУЛЬТ
При ішемічному інсульті порушується кровопостачання ділянки головного мозку, і там масово гинуть нейрони. Пересадка клітин-попередників допоможе замінити загиблі клітини і уникнути важких наслідків. У перенесли інсульт щурів, яким трансплантували нейробласти, краще відновлювалися розумові здібності, і вели вони себе майже як здорові гризуни. З людьми все виявилося складніше.
Пересадку отриманих різними шляхами попередників нейронів в ділянки мозку, уражені інсультом, за останні 15 років пацієнтам проводили не раз. В якихось дослідженнях брало участь всього півтора десятка добровольців, в інших - півтори сотні. Одним людям вводили мільйони попередників нейронів, іншим - в сотні разів більше. Результати у всіх роботах однакові: гірше нікому не стало, побічних ефектів трансплантації немає, але і користі від неї ніякої. Через три місяці після інсульту пацієнти, які отримали клітинну терапію, відновлювалися нітрохи не швидше, ніж ті, кому вводили плацебо.
У чому причина неуспіху, сказати поки складно. При інсульті відмирає велику ділянку мозку, і заново створювати потрібно не тільки нейрони, але і живлять їх судини, і нейроглії - особливі «клітини-няньки», що забезпечують нейрони «їжею». За допомогою одних нейробластов такий комплексний «ремонт" не проведеш. Погана новина в тому, що в ряді випробувань використовували як раз клітини, з яких можуть вийти і нейрони, і судини, і багато іншого. На результати це не вплинуло. Дослідники припускають, що трансплантати отримують недостатньо інформації від своїх сусідів про те, ким саме їм краще стати. Зараз у багатьох лабораторіях вчаться створювати «правильну» середовище для пересаджуваних клітин.
Фото: ISTOCK (X6)
Матеріал опублікований в журналі «Навколо світу» № 7, липень 2017
