Исследователи из Школы медицины Университета Джонса Хопкинса в 2016 году сумели вырастить из стволовых клеток нейроны симпатический нервной клетки и показали, что они могут «налаживать связь» с клетками сердца и стимулировать их сокращение. Так был закрыт ещё один пункт в списке функциональных клеток, которые можно получить искусственно. Результаты своей работы авторы опубликовали в журнале Cell Stem Cell.
Графический абстракт статьи. Учёные превратили человеческие стволовые клетки в симпатические нейроны, которые затем культивировали вместе с клетками сердечной мышцы. В результате нейроны образовали нервно-мышечные синапсы. При стимуляции нейроны высвобождали нейромедиатор, который заставлял сердечные клетки биться быстрее. Сredit: Cell Press
Ряд довольно перспективных лекарственных средств не может пройти клинические испытания из-за побочных эффектов, которые они оказывают на нервную систему. К таким эффектам относится, например, повышенное кровяное давление.
Руководитель исследования, кандидат наук Габсан Ли отмечает: «Благодаря нашей работе, мы стали немного ближе на пути к возможности в будущем проводить испытания лекарственных препаратов на «лабораторных» клетках, чтобы с большей точностью прогнозировать, какие из этих медикаментов будут отрицательно влиять на работу жизненно важных органов».
Исследовательская группа применяла как человеческие эмбриональные стволовые клетки, так и индуцированные плюрипотентные стволовые клетки (iPSC). Затем, используя методы генетической инженерии, в них встраивали зеленый флуоресцентный белок, включавшийся при запуске главных генов – визуальный сигнал, по которому можно просто определить, что клетки стали симпатическими нейронами.
Путём подбора разных сочетаний сигналов, группе удалось найти тот самый «рецепт», по которому стволовые клетки проходили через разные стадии дифференцировки (способность стволовых клеток специализироваться и выполнять определённые функции в организме), чтобы в итоге стать симпатическими нейронами. Такой процесс характерен для естественного эмбрионального развития.
Затем белки и паттерны электрической активности, продуцируемые созданными клетками, сравнили с известными паттернами симпатических и других нервных клеток, и сходство между получившейся и обычной симпатической нервной клеткой подтвердилось.
Схема процесса развития организма (сокращённая версия изображения; автор: Kaidor)
Чтобы выяснить, могут ли выращенные в лаборатории нейроны корректно соединяться с клетками-мишенями и управлять их работой, учёные растили их вместе с клетками сердечной мышцы, полученные из трёх разных источников: клетки новорождённых мышей, мышиные эмбриональные стволовые клетки и человеческие клетки iPSС. Нервная клетка соединилась с мышечными клетками из всех трёх источников. Чтобы активизировать нервные клетки, к ним добавили никотин, и оказалось, что увеличение сокращений наблюдалось только у мышечных клеток новорождённых мышей. Руководитель исследования считает, что такой результат требует дальнейшего изучения, но может быть вызван тем, что некоторые мышечные клетки были ещё не готовы к дифференцировке.
Результаты предыдущих исследований показали, что работающие соединения между нервными клетками и их тканями-мишенями могут помочь клетке созреть во время развития. Поэтому учёные изучили нервные клетки, выращенные как с клетками сердечной мышцы, так и без них. Как и ожидалось, симпатические нервные клетки, выросшие с сердечными, оказались более «специализированными», чем клетки, которые росли отдельно, исходя из оценки экспрессии генов.
Руководитель исследования Габсан Ли подчёркивает: «Основной вопрос, касающийся исследования стволовых клеток, – как сделать дифференцированные клетки всех видов, которые существуют в организме? Теперь мы можем вычеркнуть из этого списка симпатические нервные клетки, хотя мы продолжаем изучать процесс их созревания, чтобы понять, к каким молекулярным изменениям приводит их связь с сердечными клетками».
Учёные также планируют проверить, способны ли симпатические нервные клетки соединяться с другими тканями-мишенями. Например, с кровяными сосудами и бурой жировой тканью, за работу которых также отвечает симпатическая нервная система; эти ткани связаны с такими заболеваниями, как высокое кровяное давление, диабет и ожирение (бурый жир помогает контролировать потребление калорий и температуру тела). В дальнейшем при изучении вопросов соединения с тканью-мишенью можно также исследовать нервные клетки, полученные от пациентов с указанными заболеваниями, чтобы понять, как наследственная «генетическая погрешность» у разных пациентов влияет на работу симпатической нервной системы.
Текст: Neuronovosti.Ru
Oh et al., Functional Coupling with Cardiac Muscle Promotes Maturation of hPSC-Derived Sympathetic Neurons, Cell Stem Cell (2016), http://neuronovosti.ru/dx.doi.org/10.1016/j.stem.2016.05.002
