Ученые Северо-Западного университета создали самую совершенную на сегодняшний день лабораторную модель для изучения травм спинного мозга человека. В рамках нового исследования команда использовала органоиды спинного мозга – миниатюрные органы, выращенные из стволовых клеток, – чтобы воссоздать различные формы травм и оценить перспективность одного из регенеративных методов лечения.
Впервые исследователям удалось показать, что эти органоиды способны точно воспроизводить основные биологические последствия повреждения спинного мозга. Модель продемонстрировала гибель клеток, воспаление и глиальный рубец – плотное скопление рубцовой ткани, которое создает физический и химический барьер, препятствующий восстановлению нервов. Этот прорыв стал возможен благодаря тому, что ученые смогли впервые включить в состав органоида микроглию – иммунные клетки центральной нервной системы, что сделало модель максимально реалистичной.
Когда на поврежденные органоиды воздействовали так называемыми «танцующими молекулами», результаты оказались впечатляющими. Травмированная ткань продемонстрировала существенный рост нейритов – длинных отростков, позволяющих нейронам обмениваться сигналами. При этом рубцовая ткань значительно уменьшилась. Эти данные подтверждают идею о том, что терапия, ранее показавшая свою эффективность на животных и недавно получившая от FDA статус орфанного препарата, может помочь в восстановлении людей с травмами спинного мозга.
«Танцующие молекулы» – это вид супрамолекулярных терапевтических пептидов. При введении в организм они образуют сеть из нановолокон, имитирующую внеклеточный матрикс спинного мозга. Ключевая особенность терапии заключается в контролируемом движении молекул внутри этой структуры. «Учитывая, что сами клетки и их рецепторы находятся в постоянном движении, можно представить, что молекулы, движущиеся более быстро, будут чаще сталкиваться с этими рецепторами», – пояснял ранее изобретатель терапии Сэмюэл И. Стапп. Эта повышенная динамика усиливает клеточные сигналы, отвечающие за регенерацию.
Для проверки терапии ученые смоделировали на органоидах два распространенных типа травм: разрез скальпелем, имитирующий хирургическое вмешательство, и компрессионный ушиб, схожий с последствиями серьезной аварии или падения. После применения «танцующих молекул» воспаление уменьшилось, глиальные рубцы сократились, а нейроны начали активно отращивать новые отростки, что является ключевым шагом к восстановлению утраченных связей в нервной системе.
«Один из самых захватывающих аспектов органоидов – это возможность тестировать новые методы лечения на человеческих тканях, – говорит Стапп. – За исключением клинических испытаний, это единственный способ достичь такой цели. Мы увидели, как глиальный рубец практически исчез, а нейриты начали расти, что напоминает регенерацию аксонов, которую мы наблюдали у животных. Это подтверждение того, что у нашей терапии есть хорошие шансы сработать и у людей».
В будущем команда планирует создавать еще более сложные органоиды для изучения хронических, застарелых травм, которые обычно характеризуются более плотной рубцовой тканью. Кроме того, дальнейшее развитие технологии может открыть путь к персонализированной медицине, позволяя выращивать ткань для имплантации из собственных клеток пациента, что снизит риск отторжения.
