Простое лечение с использованием четырех небольших молекул превращает астроциты человека - распространенный тип клеток в нервной системе - в новые нейроны, которые развивают сложные структуры через четыре месяца
Простой лекарственный коктейль, который превращает клетки соседних поврежденных нейронов в новые функциональные нейроны, может потенциально использоваться для лечения инсульта, болезни Альцгеймера и травм головного мозга. Команда исследователей из штата Пенн определила набор из четырех или даже трех молекул, которые могут превращать глиальные клетки - которые обычно обеспечивают поддержку и изоляцию нейронов - в новые нейроны.
«Самая большая проблема для восстановления мозга заключается в том, что нейроны не восстанавливаются после повреждения головного мозга, потому что они не делятся», - сказал Гонг Чен, профессор биологии и кафедра наук о жизни Верна М. Виллемана в Penn State и руководитель исследования команда. «Напротив, глиальные клетки, которые собираются вокруг поврежденной мозговой ткани, могут размножаться после повреждения мозга. Я считаю, что превращение глиальных клеток, которые являются соседями мертвых нейронов, в новые нейроны - лучший способ восстановить утраченные нейрональные функции».
Ранее команда Чена опубликовала исследование, описывающее последовательность из девяти небольших молекул, которые могли бы непосредственно преобразовать глиальные клетки человека в нейроны, но большое количество молекул и специфическая последовательность, необходимые для перепрограммирования глиальных клеток, усложнили переход к клиническому лечению. В текущем исследовании команда проверила различные количества и комбинации молекул, чтобы определить оптимизированный подход к перепрограммированию астроцитов, типа глиальных клеток, в нейроны.
«Мы определили наиболее эффективную химическую формулу среди сотен комбинаций лекарственных препаратов, которые мы тестировали», - сказал Джиу-Чао Инь, аспирант по биологии в Pen State, который определил идеальную комбинацию малых молекул. «Используя четыре молекулы, которые модулируют четыре критических сигнальных пути в астроцитах человека, мы можем эффективно превращать астроциты человека - до 70 процентов - в функциональные нейроны».
Получающиеся в результате химически преобразованные нейроны могут выживать более семи месяцев в культуральной чашке в лаборатории. Они образуют надежные нейронные сети и посылают друг другу химические и электрические сигналы, как это делают нормальные нейроны внутри мозга.
Использование трех маленьких молекул вместо четырех также приводит к превращению астроцитов в нейроны, но степень превращения падает примерно на 20 процентов. Команда также пыталась использовать только одну из молекул, но этот подход не вызывал конверсию.
Чен и его команда ранее разработали технологию генной терапии для превращения астроцитов в функциональные нейроны, но из-за чрезмерной стоимости генной терапии - которая может стоить пациенту полмиллиона долларов или более - команда следовала более экономичным подходам превратить глиальные клетки в нейроны. Система доставки для генной терапии также является более сложной, требующей инъекции вирусных частиц в организм человека, тогда как маленькие молекулы в новом методе могут быть химически синтезированы и упакованы в таблетки.
«Самым значительным преимуществом нового подхода является то, что таблетки, содержащие небольшие молекулы, могут широко распространяться в мире, даже в сельские районы без передовых больничных систем», - сказал Чен. «Моя главная мечта - разработать простую систему доставки лекарств, такую как таблетки, которая может помочь инсульту и пациентам с болезнью Альцгеймера по всему миру восстановить новые нейроны и восстановить их потерянные способности к обучению и памяти».
Исследователи признают, что многие технические проблемы все еще должны быть решены до того, как может быть создано лекарство с использованием малых молекул, включая особенности упаковки и доставки лекарств. Они также планируют изучить потенциальные побочные эффекты этого подхода в будущих исследованиях с целью разработки наиболее безопасных таблеток. Тем не менее, исследовательская группа уверена, что эта комбинация молекул имеет многообещающие значения для будущей лекарственной терапии для лечения людей с неврологическими расстройствами.
«Наши многолетние усилия по поиску этой упрощенной формулы лекарств делают нас на шаг ближе к достижению нашей мечты», - сказал Чен.