Стволовые клетки человека вернули обезьянкам возможность хватать объекты

Терапия стволовыми клетками очень привлекательна в своей интуитивной простоте: вы очищаете поврежденные клетки, запускаете вместо них банду здоровых, сидите сложа руки и ждете, пока организм не самоисцелится. В случае с травмами спинного мозга потенциал стволовых клеток восстанавливать возможность передвижения обещает фантастические перспективы. Однако тело человека не машина и не является простой системой, позволяющей заменять детали на ходу. После трансплантации стволовые клетки часто отвергаются, умирают во враждебной среде организма носителя еще до того, как получат шанс на восстановление.

За последние тридцать лет нейробиологи перепробовали массу способов, пробовали коктейль за коктейлем из специальных молекул, которые могут ускорить выживание стволовых клеток. И хотя на моделях с грызунами был большой успех, масштабировать эту терапию, чтобы она работала с приматами — а это важно для испытаний на людях — не получилось.

Или не получалось. В прошлом месяце в журнале Nature Medicine было опубликовано «важное» исследование, в котором подробно излагался рецепт пересадки стволовых клеток человека, которые выжили и интегрировались в поврежденных позвоночниках обезьян.

Спустя девять месяцев после операции клетки распустили сотни тысяч ответвлений, которые сформировали синапсы с выжившими нейронами спинного мозга обезьян. Более того, спинно-мозговые нейроны носителей признали человеческие клетки как свои собственные, сформировали новые соединения, которые восстановили способность животного хватать объекты.

«Рост, который мы наблюдали у этих клеток, впечатляет, и десять лет назад я бы думал, что это невозможно», говорит ведущий автор работы доктор Марк Тушинский из Института трансплантационной нейронауки Калифорнийского университета в Сан-Диего. «Мы определенно прибавили уверенности в том, что это лечение сработает и для людей».

Ранние работы

Травма спинного мозга подрезает длинные, тонкие нейронные ветви — аксоны — которые мозг использует для общения с остальной частью тела. Чтобы восстановить моторную функцию, ученым нужно убедить тело восстановить или отрастить эти соединения.

Но вот в чем проблема. После повреждения спинной мозг быстро реорганизует внеклеточный матрикс — сложную сеть структурных молекул — вокруг места повреждения. Подобно «кирпичам» на дороге, эти белки эффективным образом блокируют трансплантированные стволовые клетки от вытягивания их длинных аксоновых ветвей. Более того, место повреждения также лишено поддерживающих факторов роста и других полезных молекул, которые выступают как питательный кокон для стволовых клеток.

Чтобы обойти эту двойную защиту, ученые сформировали десятки провоцирующих рост коктейлей, которые могли бы дать толчок трансплантированным клеткам. И эта стратегия, судя по всему, сработала.

Еще в 2014 году Тушинский трансформировал клетки кожи здорового донора-человека, преобразовал их в клетки iPSC (индуцированные плюрипотентные стволовые клетки) и внедрил эти искусственные стволовые клетки в матрикс, содержащий факторы роста.

После помещения графта двум крысам с двухнедельными спинномозговыми травмами, клетки человека вызрели в новые нейроны и протянули аксоны в спинном мозге крыс. Но что странно, ученые не увидели никаких улучшений функции, отчасти из-за рубцевания на месте трансплантации.

«Мы пытаемся сделать все возможное, чтобы определить лучший способ переноса методов лечения с участием нейронных стволовых клеток у пациентов с травмой спинного мозга», говорил Тушинский в то время.

Новая надежда

Верный своему слову, Тушинский испытал свой протокол переноса на обезьянках, которые лучше подходят в качестве модели для спинного мозга человека.

Команда врезалась в секцию спинного мозга обезьянки и через две недели — достаточное время, чтобы пациенты стабилизировались — ввела стволовые клетки человека в поврежденные места вместе с факторами роста.

Не сработало. У первых четырех обезьянок введения даже не зафиксировались на месте.

«Если бы мы попытались провести трансплантацию на человеке без предварительного испытания на животных, был бы значительный риск провала клинического испытания», говорит Тушинский.

Ученые быстро поняли, что им нужно увеличить количество важного ингредиента белка в своем рецепте, чтобы лучше «приклеить» трансплантат на месте. Команда также обнаружила проблемы с иммуносупрессией, хронометражем и хирургической процедурой. Например, им пришлось наклонить хирургический стол во время операции, чтобы спинно-мозговая жидкость не смыла трансплантат. Кроме того, обезьянам потребовалась высокая доза иммунодепрессантов, чтобы организм не атаковал клетки человека.

С помощью кое-каких примочек графты, каждый из которых содержал порядка 20 миллионов стволовых клеток человека, удерживались на месте у оставшихся пяти обезьян.

Результаты были невероятные. Уже через два месяца после пересадки ученые обнаружили взрыв новых нейронных ветвей. Стволовые клетки на месте повреждения развились до зрелых нейронов, развели до 150 000 аксонов, которые протянулись по спинному мозгу обезьянки.

Некоторые из ветвей прошли на расстоянии 50 миллиметров от места графта, примерно на длине двух спинно-мозговых фрагментов у людей. По пути они установили обширные связи с неповрежденными клетками обезьян.

Что еще более круто, собственные аксоны обезьян также сформировали синапсы с нейронным графтом человека, образуя взаимные связи. Эти связи крайне важны для свободных движений рук у людей и это одно из первых ярких свидетельств того, что трансплантированные стволовые клетки могут формировать подобные схемы.

Спустя девять месяцев новые нейронные связи помогли обезьянам с повреждениями вернуть движения в их конечности, так что те смогли хватать мягкие объекты (например, апельсины). И напротив, обезьянки с плохими графтами плохо контролировали точные движения в ладонях и пальцах — могли только толкать апельсин.

Результаты могут показаться не шибко впечатляющими, но авторы говорят, что девять месяцев — это мгновение для функционального восстановления.

«Графты и новые схемы, частью которых они были, еще вызревали к концу наших наблюдений, поэтому восстановление может продолжиться», говорит автор исследования доктор Эфрон Розенцвейг.

Хот функциональные улучшения были лишь частичными, доктор Грегуар Куртине из Швейцарского федерального технологического института (EPFL) в Женеве называет исследование «вехой в регенеративной медицине».

«И это не удивительно, если учесть, что функциональная интеграция новых клеток и соединений в работе нервной системы потребует времени и конкретных реабилитационных процедур», говорит он, добавляя, что исследование предлагает ценную информацию для потенциального исследования человеком.

С ним согласен и доктор Стив Голдман из Рочестерского университета:

«Это большой скачок от грызунов к примата. Это героическое исследование, если уж на то пошло».

Для Тушинского же работа только начинается. Во-первых, не все стволовые клетки созданы одинаковыми, и его команда пытается определить, какие из них наиболее эффективны в восстановлении функции.

С другой стороны, он также изучает дополнительные способы дальнейшего повышения функциональности регенерированных нейронов, так что их аксоны смогут распространяться через поврежденный участок и полностью заменять те, что были утрачены в ходе травмы.

«Пока слишком рано переходить к людям», предостерегает он, поскольку необходимы дополнительные испытания. И это терпение окупится сполна.