Naučnici uzgajaju specijalizovane nervne ćelije uključene u ALS i oštećene prilikom povrede kičme

Istraživači su razvili način za uzgoj visokospecijalizovane podvrste moždanih nervnih ćelija koje su uključene u bolest motornih neurona i oštećene kod povreda kičme.

Njihova studija predstavlja fundamentalne nalaze o upravljanoj diferencijaciji retke populacije specijalnih moždanih progenitora – takođe poznatih kao odrasle ili roditeljske matične ćelije – u neurone slične kortikospinalnim.

Preporučujemo

Ova otkrića postavljaju osnovu za dalja istraživanja o tome da li ovi molekularno usmereni neuroni mogu formirati funkcionalne veze u telu i za istraživanje njihove potencijalne primene kod ljudskih bolesti kad su kortikospinalni neuroni kompromitovani.

Zašto su ovi ranjivi neuroni važni

Nervni sistem obuhvata raznolike neurone sa mnogim karakterističnim odlikama, uključujući oblik, anatomsku poziciju, veze sa drugim neuronima (njihove sklopove), gene koje izražavaju, obrasce električne provodnosti i na kraju njihovu funkciju.

Ove jedinstvene subpopulacije neurona nastaju iz strogo kontrolisanih i preciznih procesa diferencijacije koji ih usmeravaju ka tranziciji iz nezrelih nervnih matičnih ćelija u potpuno zrele, specijalizovane neurone. Pošto su toliko specijalizovani, takvi posebni "podtipovi" neurona su često naročito podložni ili povezani sa neurodegenerativnim povredama ili bolestima.

"Da bismo realistično modelirali bolesti i tražili potencijalne tretmane, ili regenerisali neurone koji su oštećeni prilikom povreda kičme, potrebni su nam pouzdani pristupi radi tačnog diferenciranja progenitorskih ćelija u ove specifične tipove neurona", objašnjavaju istraživači iz Centra za nauku o mozgu Harvardskog univerziteta u Kembridžu.

"Generički ili regionalno slični neuroni ne odražavaju adekvatno selektivnu ranjivost podtipova neurona kod većine ljudskih neurodegenerativnih bolesti ili povreda".

Kortikospinalni neuroni kod bolesti i povrede

Kortikospinalni neuroni su bitne ćelije koje se degenerišu u slučaju amiotrofične lateralne skleroze (ALS), najčešćeg oblika bolesti motornih neurona. Oštećenje dugih aksona ovih ćelija – produžetaka koji idu od ćelijskih tela u mozgu kroz kičmenu moždinu do ciljnih kičmenih motornih neurona – osnova je gubitka voljnog i spretnog pokreta kod ljudi sa povredama kičmene moždine.

"Trenutno ne postoje odgovarajući in vitro modeli za istraživanje selektivne ranjivosti i degeneracije kortikospinalnih neurona kod ALS-a ili za istraživanje potencijalnih puteva regeneracije kod povrede kičmene moždine. Ovo bitno ograničava relevantnost mnogih postojećih istraživanja", kažu naučnici.

Ranije su identifikovani centralni molekularni programi koji isprva široko, a zatim sve preciznije, kontrolišu i regulišu specifikaciju, raznolikost i povezanost specifičnih podtipova neurona u cerebralnom korteksu tokom perioda njihove diferencijacije.

Nadovezujući se na taj rad, istraživači su identifikovali podskup progenitorskih ćelija u postnatalnom i adultnom korteksu koje se mogu zahvatiti i diferencirati u laboratoriji u neurone sa specifičnim odlikama kortikospinalnih neurona.

"Znajući da podskup ranih progenitora i glijalnih ćelija u korteksu dele zajedničko poreklo sa kortikalnim 'projekcionim neuronima', pretpostavili smo da neki od ovih progenitora mogu imati uspavan neurogeni potencijal – tj. potencijal da se diferenciraju u neurone", kažu istraživači.

Otkrili su da je podskup progenitorskih ćelija koje proizvode dva važna regulatorna molekula, Sox6 i Neuron/Glia Antigen 2 (Sox6+/NG2+ ćelije), spreman da se razvije u neurone. Želeli su da uzgoje ove kortikalne SOX6+/NG2+ progenitore u laboratoriji i da vide da li se njihova diferencijacija može usmeriti ka razvoju kortikospinalnih neurona.

Nova strategija genskog programiranja u laboratoriji

U tom cilju, istraživači su dizajnirali višekomponentni sistem ekspresije gena nazvan NVOF za precizno podešavanje regulatornih signala potrebnih progenitorskim ćelijama. Sistem je omogućio usmeravanje ćelija niz visokospecifičan put diferencijacije gde dobijaju karakteristike kortikospinalnih neurona, a ne odlike drugih tipova neurona centralnog nervnog sistema.

Kao što je bilo očekivano, NVOF programiranje je proizvelo zrele neurone iz progenitora sa istim specijalnim oblikom, ključnim ćelijskim markerima, molekularno-genskom ekspresijom i električnom povezanošću kao kod prirodnih kortikospinalnih neurona.

Nasuprot tome, naširoko primenjivan pristup diferencijaciji ćelija sličnih neuronima, uključivanjem samo gena Neurogenin2, rezultirao je ćelijama mešovitog identiteta sa abnormalnim oblicima (morfologijom) i molekularnim odlikama.

Pošto studija demonstrira reprogramiranje samo in vitro – tj. bez upotrebe živih organizama kao modela – potrebno je dalje istraživanje da bi se procenilo kako se ovi reprogramirani kortikospinalni neuroni integrišu i funkcionišu pod fiziološkim uslovima i u modelima traume ili neurodegeneracije.

"Identifikovali smo podskup kortikalnih progenitorskih ćelija sa snažnim potencijalom da se diferenciraju u specijalizovane neurone za modeliranje bolesti u slučaju ALS-a i povrede kičmene moždine, i za regenerativne terapije", zaključuju istraživači.

"Važno je istaći da su SOX6+/NG2+ progenitorske ćelije široko rasprostranjene u korteksu, već pozicionirane blizu mesta degeneracije ili patologije. Ovo značajno doprinosi njihovom terapeutskom potencijalu, čekajući dalje istraživanje, uključujući ono sa kortikalnim progenitorima iz ljudskih pluripotentnih matičnih ćelija“.

(Telegraf Nauka/MedicalXpress)