Биоинженеры вырастили мини-спинной мозг и добились его регенерации
Исследователи из Северо-Западного университета в США сделали значимый шаг на пути к лечению травм спинного мозга, часто приводящих к параличу. В лаборатории ученые вырастили крошечные органоиды человеческого спинного мозга, затем повредили их и применили терапию, которая стимулировала восстановление тканей. Результаты опубликованы в журнале Nature Biomedical Engineering.
«Мы создали две модели повреждений на органоиде спинного мозга человека и проверили нашу терапию, чтобы увидеть, будут ли результаты похожи на наблюдаемые на животных. После лечения глиальный рубец побледнел и стал почти незаметным, а нейриты начали расти так же, как аксонные ветви у животных.
Это дает надежду на успешное применение терапии у людей», — рассказывает биомедицинский инженер Самуэль Ступ.
Как устроены органоиды
Органоиды, диаметром около 3 миллиметров, выращивали из индуцированных плюрипотентных стволовых клеток взрослого донора. Через несколько месяцев они сформировали основные типы клеток спинного мозга: нейроны, астроциты и организованные слои тканей.
После достижения зрелости некоторые органоиды разрезали скальпелем, а другие подвергли компрессии, имитирующей раздавливание, как при автомобильной аварии. Обе травмы вызывают гибель нервных клеток, образование глиальных рубцов и воспалительную реакцию, сходную с настоящими повреждениями спинного мозга.
«Мы могли отличить обычные астроциты, которые входят в состав нормальной ткани, от астроцитов в глиальном рубце — они заметно больше и расположены очень плотно», — объясняет Ступ.
Также исследователи выявили протеогликаны хондроитинсульфата — молекулы, реагирующие на травмы и препятствующие росту новых нервных волокон.
Роль «танцующих» молекул
Ранее команда разработала материал IKVAV-PA, примененный для восстановления мышей после тяжелых травм спинного мозга. Главный компонент — супрамолекулярные терапевтические пептиды, получившие прозвище «танцующие молекулы». Они стимулируют рост аксонов, синхронизируя движение рецепторов на поверхности нервных клеток.
«Поскольку клетки и их рецепторы постоянно движутся, молекулы, которые быстрее сталкиваются с ними, эффективнее стимулируют регенерацию. Медленные молекулы могут просто не контактировать с клетками», — объясняет Ступ.
В экспериментах на органоидах IKVAV-PA наносили на поврежденные участки, где жидкость быстро застывала в гелеобразный каркас. Активные молекулы стимулировали рост нервных клеток, сокращая воспаление и рубцевание. Контрольные органоиды без лечения показывали меньшую регенерацию и сильное воспаление.
Что это значит для медицины
Результаты показывают, что терапия работает не только на мышах, но и на тканях человека в лаборатории. Ступ отмечает:
«Органоиды позволяют тестировать новые методы на человеческих клетках без риска для пациентов. Это единственный способ подготовиться к клиническим испытаниям».
До реального применения у людей может пройти несколько лет, но стабильные результаты на животных и органоидах дают серьезную надежду на будущее восстановление спинного мозга после травм.
