В мире регенеративной медицины произошел настоящий научный прорыв. Исследователи из Массачусетского технологического института (MIT) разработали революционный метод прямого преобразования клеток кожи в нейроны, минуя стадию стволовых клеток. Вы узнаете о методе, который повышает эффективность более чем в 100 раз по сравнению с традиционными техниками, открывая новые возможности для лечения травм спинного мозга и нейродегенеративных заболеваний.
Что такое прямое преобразование клеток и почему это важно
Традиционные методы преобразования клеток требуют сложного и длительного процесса. Сначала клетки кожи превращают в индуцированные плюрипотентные стволовые клетки (iPSCs), а затем направляют их развитие в нужный тип клеток, включая нейроны. Этот непрямой путь сопряжен с множеством неэффективностей: процесс занимает несколько недель, а многие клетки застревают в промежуточных состояниях.
Мы всегда сталкивались с проблемой низкой эффективности традиционных методов – менее 1% клеток успешно преобразовывались в нейроны. Представьте, какой это прорыв – новый метод позволяет получить из одной клетки кожи более десяти нейронов! Эта революционная эффективность делает технологию практически применимой для терапевтических целей.
Согласно исследованию, опубликованному в журнале Cell Systems 13 марта 2025 года, ученым удалось достичь потрясающих результатов – выход составил более 1100% в клетках мыши, что означает, что одна клетка кожи может произвести более 10 нейронов. Это коренным образом меняет перспективы клеточной терапии, которая до сих пор ограничивалась небольшим количеством доступных нейронов.
Механизм работы новой технологии
Команда исследователей под руководством Кэти Галлоуэй, профессора биомедицинской инженерии и химической инженерии в MIT, идентифицировала три ключевых фактора транскрипции – NGN2, ISL1 и LHX3. Эти факторы оказались решающими для успешного преобразования клеток кожи в функциональные моторные нейроны.
Чтобы понять значимость этого открытия, нужно осознать, что ранее исследователи использовали шесть факторов транскрипции и два дополнительных белка для стимуляции пролиферации клеток. Каждый из этих восьми генов доставлялся отдельным вирусным вектором, что затрудняло контроль уровня экспрессии в каждой клетке.
Исследователи упростили этот процесс, используя всего три фактора транскрипции, а также два гена, которые стимулируют клетки к активному делению. Благодаря тому, что теперь можно использовать один модифицированный вирус для доставки всех трех факторов, ученые смогли гарантировать, что каждая клетка экспрессирует каждый ген на нужном уровне.
Прорывная эффективность и пролиферация клеток
Важнейшим нововведением в процессе прямого преобразования стало добавление двух генов, стимулирующих пролиферацию: p53DD и мутированной версии HRAS. Эти гены доставлялись в клетки кожи через отдельный вирус, заставляя их активно делиться перед преобразованием.
Я была поражена, когда узнала об этом инновационном подходе. Этап пролиферации драматически увеличил выход нейронов. Как объясняет Галлоуэй: "Гиперпролиферативные клетки более восприимчивы... к уровням факторов транскрипции". Комбинация этих генов, стимулирующих пролиферацию, с ключевыми факторами транскрипции привела к необычайному повышению эффективности.
Исследователи также протестировали различные методы доставки и обнаружили, что ретровирусы обеспечивают наиболее эффективные показатели преобразования. Они также выяснили, что снижение плотности клеток во время роста значительно улучшает выход нейронов. Оптимизированный процесс занимает около двух недель в клетках мыши, что существенно быстрее традиционных методов.
Практические результаты и тестирование на мышах
Чтобы проверить функциональность созданных в лаборатории нейронов, команда MIT в сотрудничестве с исследователями из Бостонского университета имплантировала преобразованные моторные нейроны в стриатум (полосатое тело) мозга мышей – область, участвующую в моторном контроле.
Через две недели многие нейроны не только выжили, но и начали формировать связи с окружающей тканью мозга. При культивировании в чашках эти нейроны демонстрировали измеримую электрическую активность и кальциевую сигнализацию, что свидетельствует об их способности коммуницировать с другими нейронами.
Мы с коллегами считаем, что эти результаты крайне обнадеживают. Способность имплантированных нейронов интегрироваться с нейронными цепями хозяина показывает, что они потенциально могут восстанавливать нейронные функции. Это открывает огромные перспективы для лечения повреждений спинного мозга и нейродегенеративных заболеваний, таких как боковой амиотрофический склероз (БАС).
Перспективы применения в лечении человека
Хотя процесс работает и с человеческими клетками, эффективность в настоящее время ниже – от 10 до 30%. Несмотря на это, данный показатель все равно представляет собой значительное улучшение по сравнению с традиционными методами, включающими промежуточную стадию стволовых клеток.
Исследователи сейчас работают над повышением эффективности преобразования человеческих клеток, что может позволить производить большие количества нейронов для терапевтических применений. Клинические испытания с использованием нейронов, полученных из индуцированных плюрипотентных стволовых клеток для лечения БАС, уже ведутся, но ограниченное количество клеток сдерживало масштаб этих испытаний.
Для пациентов с травмами спинного мозга или нейродегенеративными заболеваниями, влияющими на моторный контроль, эти достижения представляют собой многообещающий путь для будущих методов лечения. Возможность генерировать большое количество функционирующих моторных нейронов может ускорить разработку и тестирование клеточных терапий, восстанавливающих движение и функции.
Революция в персонализированной медицине
Возможность прямого преобразования клеток кожи в нейроны открывает новые горизонты для персонализированной медицины. Поскольку клетки кожи легко доступны от пациентов, врачи могут потенциально создавать нейроны, генетически идентичные пациенту, что минимизирует риск отторжения при трансплантации.
Мы видим огромный потенциал этой технологии для моделирования неврологических заболеваний. Прямая конверсия позволяет изучать болезни, такие как боковой амиотрофический склероз, даже при жизни пациента. Полученные нейроны могут быть использованы для тестирования потенциальных терапевтических средств для конкретных пациентов, что приближает нас к по-настоящему персонализированной медицине.
Нужно отметить, что избегание стадии стволовых клеток также устраняет этические проблемы, связанные с производством плюрипотентных стволовых клеток, которые похожи на эмбриональные стволовые клетки по своей способности превращаться во все типы взрослых клеток. Сохранение хронологического возраста этих клеток имеет жизненно важное значение при изучении нейродегенеративных заболеваний, которые развиваются у людей в разном возрасте и ухудшаются на протяжении десятилетий.
Что дальше?
Исследовательская группа MIT теперь планирует изучить возможность имплантации этих нейронов непосредственно в спинной мозг, делая еще один шаг к потенциальному клиническому применению. Это могло бы помочь восстановить функции у пациентов с травмами спинного мозга.
Я считаю, что мы находимся на пороге новой эры в регенеративной медицине. Технология прямого преобразования клеток кожи в нейроны может значительно упростить производство нейронов для исследований и клинической терапии, снизить затраты и расширить доступность для клинических применений.
Команда MIT видит, что это исследование не только сокращает время, связанное со стволовой клеточной терапией, но и упрощает процесс производства нейрональных клеток. Это может снизить затраты, расширить доступность для клинических применений и существенно ускорить совместный поиск эффективных вмешательств при разрушительных неврологических заболеваниях.
Заключение и перспективы
Прорывное исследование MIT открывает новую главу в регенеративной медицине. Преобразование клеток кожи непосредственно в нейроны с беспрецедентной эффективностью предлагает новые возможности для лечения нейродегенеративных заболеваний и травм спинного мозга.
Мы стали свидетелями важного шага в развитии персонализированной медицины, который может изменить жизни миллионов людей, страдающих от неврологических заболеваний. Прямая конверсия клеток – это не просто научное достижение, это надежда для пациентов и их семей.
Спасибо, что прочитали эту статью о перспективной технологии, которая может изменить будущее нейробиологии и медицины. Подпишитесь, чтобы не пропустить новые статьи о последних научных достижениях и их влиянии на наше здоровье и качество жизни.