Martha Windrem et al. / Cell Reports, 2020
Клетки-предшестенники глии, которые пересадили в демиеленизированный мозг взрослых мышей, расселились по всему переднему мозгу, дифференцировались в олигодендроциты и восстановили миелиновые оболочки аксонов. В результате у животных улучшились моторные функции и электрофизиологические показатели нервных волокон. Статья опубликована в журнале Cell Reports.
Нарушение миелиновых оболочек нейронов приводит к ряду нейродегенеративных заболеваний, в том числе рассеянному склерозу, и вносит вклад в некоторые психические расстройства. Ученые предлагают компенсировать демиелинизацию пересадкой предшественников глиальных клеток олигодендроцитов, которые образуют миелиновые оболочки в центральной нервной системе.
Уже удалось успешно пересадить человеческие предшественники олигодендроцитов новорожденным мышам с мутациями в гене основного белка миелина (ОБМ). У таких животных нарушено образование миелиновых оболочек, вскоре после рождения развивается тремор (дрожание), и животные умирают в возрасте нескольких месяцев. Пересадка олигодендроцитов восстановила миелинизацию и продлила жизнь мышей. Однако ученые до сих пор не исследовали, могут ли предшественники глиальных клеток расселиться во взрослом мозге и миелинизировать его.
Группа исследователей из Медицинского центра Рочестерского университета во главе со Стивеном Голдманом (Steven Goldman) пересаживала предшественники глиальных клеток взрослым мышам с мутациями в гене ОБМ, а также животным, у которых искусственно вызывали демиелинизацию с помощью купризона. Инъекцию стволовых клеток делали в мозолистое тело мышей в возрасте четырех-шести недель (восьми «дрожащим» мышам и 14 контрольным). Через 12-15 недель после операции мозг извлекали и оценивали распространение донорских клеток, дифференциацию олигодендроитов и миелинизацию нейронов.
Пересаженные предшественники глии успешно расселились по всему переднему мозгу мышей, и вызвали активное образование миелиновых оболочек. Эти клетки экспрессировали гены, которые связаны с дифференцировкой в олигодендроциты, перемещением клеток и началом миелинизации.
Миелинизированные волокна (зеленый) и человеческие клетки (красный) в мозолистом теле мыши через 13 недель после операции
Martha Windrem et al. / Cell Reports, 2020
Затем стволовые клетки пересаживали новорожденны мышам дикого типа (без мутаций в гене ОБМ), а в возрасте четырех месяцев начинали кормить купризоном. После прекращения купризоновой диеты человеческие предшественники глиальных клеток начали активно распространяться по мозгу, дифференцироваться и восстанавливать миелиновые оболочки нейронов. Значит, пересаженные стволовые клетки могут ремиелинизировать не только аксоны, на которых никогда не было оболочек, но и отростки, потерявшие миелин во взрослом возрасте.
А: дизайн эксперимента. После рождения мышатам пересаживают человеческие предшественники глиальных клеток, а с 17 по 29 неделю животных кормят купризоном. B, C: распространение человеческих клеток в мозге мышей (B: контрольных; C: потреблявших купризон) на 49 неделе от рождения
Martha Windrem et al. / Cell Reports, 2020
В третьем эксперименте взрослых мышей кормили купризоном в течение 20 недель, и только через четыре недели после начала диеты, во время активной демиелинизации, пересаживали предшественники глиальных клеток. Безмиелинове окружение стимулировало стволовые клетки активно расселяться и дифференцироваться в олигодендроциты — через 36 недель после операции больше четверти олигодендроцитов в мозге мышей были человеческими.
Дизайн третьего эксперимента. Мышам пересаживают стволовые клетки человека на 10 неделе после рождения, а купризоном кормят с шестой по 26 неделю
Martha Windrem et al. / Cell Reports, 2020
Наконец, ученые оценили физиологические улучшения в состоянии «дрожащих» мышей после пересадки стволовых клеток. Животных протестировали на беговой дорожке, измерили проводящую способность волокон мозолистого тела и степень их миелинизации.
Семь из восьми прооперированных животных через 18 недель оставались на дорожке в течение пяти секунд; среди контрольных мышей только две из восьми справились с тестом (p < 0,05). В нервных импульсах волокон мозолистого тела увеличился компонент, который соответствует толстым миелинизированным волокнам, и, как результат, увеличилась скорость проведения импульса (p = 0,02). На снимках электронного и конфокального микроскопа видно, что предшественники глии дифференцировались и олигодендроциты образовали миелиновые оболочки на аксонах.
Мышь на беговой дорожке. Сверху контрольное животное, снизу — с пересаженными предшественниками глиальных клеток
Martha Windrem et al. / Cell Reports, 2020
Ответ волокон мозолистого тела на электрическую стимуляцию. N1 — пик, соответствующий толстым миелинизированным волокнам, N2 — немиелинизрованным. Слева теоретическое представление, справа — измерения (серый — мыши дикого типа, синий — контрольные
Martha Windrem et al. / Cell Reports, 2020
Электронные микрофотографии аксонов в поперечном разрезе. Слева — контрольное животное без миелиновых оболочек, справа аксон с миелином
Martha Windrem et al. / Cell Reports, 2020
Ученые экспериментируют с пересадкой самых разных стволовых клеток: например, с помощью клеток яичек удалось восстановить фертильность мышей. Однако есть и неудачные примеры: так, пересадка стволовых клеток от старых животных ухудшает состояние реципиентов вне зависимости от их возраста.
Алиса Бахарева