Научници су узгајали више од 400 врста нервних ћелија из матичних ћелија

Нервне ћелије нису само нервне ћелије. Када их довољно детаљно погледате, најновије процене указују на то да у људском мозгу постоји неколико стотина или чак неколико хиљада различитих врста нервних ћелија. Ове врсте се разликују по својим функцијама, броју и дужини својих наставка и начину на који се међусобно повезују. Оне ослобађају различите неуротрансмитере у синапсе, и у зависности од подручја мозга – мождане коре или средњег мозга, на пример – активне су различите врсте ћелија.

Када су научници узгајали нервне ћелије из матичних ћелија у Петријевим шољама за експерименте, нису могли да објасне сву ову разноликост. До недавно, истраживачи су развили методе за узгој само неколико десетина различитих врста нервних ћелија in vitro. Да би то урадили, користили су приступе генетског инжењеринга или додавали сигналне молекуле како би активирали специфичне интрацелуларне сигналне путеве. Али никада нису били ни близу обухватања разноликости стотина или хиљада различитих врста нервних ћелија које постоје у телу.

„Неурони изведени из матичних ћелија се често користе за проучавање болести. Али до сада су истраживачи често игнорисали са којим типовима неурона раде“, каже Барбара Тројтлајн, професорка на Одељењу за биосистемске науке и инжењерство на ЕТХ Цириху у Базелу.

Међутим, она каже да ово није најбољи приступ таквом послу.

"Ако желимо да развијемо ћелијске моделе за проучавање болести и поремећаја као што су Алцхајмерова болест, Паркинсонова болест и депресија, морамо узети у обзир специфичну врсту нервних ћелија укључених у патолошки процес."

Систематско скрининг као кључ успеха

Тројтлајн и њен тим су сада успешно произвели више од 400 различитих врста нервних ћелија, отварајући пут прецизнијим фундаменталним неуролошким истраживањима коришћењем ћелијских култура.

Научници са ЕТХ-а су ово постигли радећи са културом људских индукованих плурипотентних матичних ћелија, које су изведене из крвних ћелија. У овим ћелијама су генетски модификовали одређене неуронске регулаторне гене и третирали ћелије различитим морфогенима – посебном класом сигналних молекула. Тројтлајнов тим је користио систематски приступ: седам морфогена у различитим комбинацијама и концентрацијама у својим експериментима скрининга. Ово је на крају дало скоро 200 различитих скупова експерименталних услова.

Морфогени

Морфогени су сигналне супстанце познате из студија ембрионалног развоја. Неравномерно су распоређене у ембриону, а у различитим концентрацијама формирају просторне градијенте. Тако одређују положај ћелија у ембриону - на пример, да ли је ћелија ближа оси тела или се налази позади, на стомаку, у пределу главе или трупа. Сходно томе, морфогени помажу у одређивању које ће се структуре формирати у различитим деловима тела.

Научници су користили разне технике анализе како би показали да су у експерименту успели да добију више од 400 различитих врста нервних ћелија. Проучавали су РНК (а самим тим и генетску активност) на нивоу појединачних ћелија, као и изглед и функцију ћелија, као што су врсте ћелијских процеса које су имале и које електричне нервне импулсе су емитовале.

Истраживачи су затим упоредили своје податке са информацијама из база података неурона људског мозга. То им је омогућило да утврде врсте нервних ћелија које су створене, као што су ћелије периферног нервног система или мождане ћелије, као и подручје мозга из којег потичу и за шта су те ћелије одговорне - перцепцију бола, хладноће, покрета итд.

Ин витро неурони за тражење активних супстанци

Тројтлајн је рекао да су још увек далеко од тога да буду у стању да ин витро произведу све врсте нервних ћелија које постоје у телу. Међутим, истраживачи сада имају приступ много већем броју различитих врста ћелија него раније.

Желе да користе неуроне узгајане ин витро како би развили ћелијске моделе за проучавање озбиљних неуролошких болести, укључујући шизофренију, Алцхајмерову болест, Паркинсонову болест, епилепсију, поремећаје спавања и мултиплу склерозу. Такви ћелијски модели су такође од великог интереса за фармацеутска истраживања, омогућавајући тестирање ефеката нових активних једињења у ћелијским културама без употребе животиња, са крајњим циљем да се једног дана научи како излечити ове болести.

У будућности, ове ћелије би се могле користити и за терапију замене ћелија, у којој се оболеле или мртве нервне ћелије мозга замењују новим људским ћелијама.

Али пре него што се то деси, постоји проблем који треба решити: У својим експериментима, истраживачи су често производили мешавину неколико различитих врста нервних ћелија. Сада раде на оптимизацији методе тако да сваки експериментални услов производи само једну специфичну врсту ћелија. Већ имају неке почетне идеје о томе како то да ураде.