Німецькі вчені відновили функції опорно-рухового апарату у мишей, які отримали травми спинного мозку. Такого результату вдалося досягти, застосувавши вірусні вектори з сигнальною молекулою, яка простимулювала регенерацію нейронів глибоко в мозковому стовбурі. З кори головного мозку в ствол інженерні цитокіни потрапили за допомогою міжнейронного транспорту. Результати роботи опубліковані в.
Центральна нервова система дорослих особин ссавців не може відновлювати аксони нейронів. Як правило, це призводить до тяжких і невиліковних наслідків при травмах спинного мозку - наприклад, паралічу. Такий недолік регенерації в центральній нервовій системі в основному пов'язують зі зниженням здатності аксонів рости в ході природного розвитку нейронів. Кортикоспинальний тракт, який контролює довільні точні рухи - один з найбільш «стійких» до регенерації в нервовій системі.
Раніше робилися спроби відновити зростання аксонів у кортикоспинальному тракті, доставляючи сигнальні молекули, які могли б сприяти цьому процесу, або нейтралізуючи деякі фактори, наприклад обмежує природу мієліну. Однак належного ефекту ці експерименти не дали. Генетичний нокаут гена PTEN у рухових нейронах дозволяв деяку регенерацію аксонів нижче місця травми, але не справлявся з головним завданням - відновленням рухових функцій.
Сигнальні молекули, які могли б запустити регенерацію, - цитокіни типу інтерлейкін-6 (IL-6). Цитокіни цієї групи впливають на сигнальний шлях JAK/STAT3, який, як було показано раніше, необхідний для відновлення аксонів.
Команда вчених з Рурського університету під керівництвом Дітмара Фішера (Dietmar Fischer) запропонувала дещо інший підхід до відновлення регенерації нейронів - за допомогою модифікованої сигнальної молекули, цитокіну hyper-IL-6 (hIL-6). Головна відмінність hIL-6 від його природного попередника IL-6 полягає в додатковій частині, яка дозволяє hIL-6 безпосередньо зв'язуватися з рецептором GP130. GP130, у свою чергу, широко експресується багатьма нейронами, на відміну від цитокін-специфічних рецепторів. Під час попередніх досліджень автори показали, що hIL-6 посилює регенерацію нейронів набагато ефективніше, ніж IL-6.
Автори запропонували доставляти hIL-6 за допомогою вектора на основі аденоассоційованого вірусу. Ефект такого підходу після важкої травми спинного мозку порівнювали з дією нокауту гена PTEN.
Для початку вчені порівняли дію двох підходів - доставку hIL-6 і нокаут гена PTEN - на здорових мишах, і побачили, що вони активують різні сигнальні шляхи в клітинах. hIL-6 очікувано викликав фосфорилювання STAT3, чим запускав сигнальний шлях JAK/STAT3. Ефект був максимальним вже через тиждень після ін'єкції векторів, і залишався стабільним як мінімум ще вісім тижнів.
Далі дослідники перевірили здатність системи запускати регенерацію після сильного пошкодження. Семитижневим мишам пошкодили спинний мозок і негайно ввели вірусні вектори ін'єкцією в рухову кору мозку. Ще через вісім тижнів за допомогою мікроскопії відзначили подовження аксонів кортикоспинального тракту (до шести міліметрів у довжину), що набагато більше спостерігається при нокауті PTEN (до півтора міліметра). Втім, спільне застосування двох методів призвело до ще кращого результату - аксони подовжилися на рекордні сім міліметрів.
Крім того, протягом восьми тижнів після травми та ін'єкції векторів дослідники оцінювали рухову функцію задніх кінцівок мишей. Відразу після травми настав повний параліч задніх лапок. З часом миші з контрольної групи і групи з нокаутним PTEN відновили тільки руху щиколоток. А ось миші, яким вводили вектор з hIL-6, змогли ходити, в тому числі переносити вагу на задні лапи, піднімати їх, виносити вперед і знову переносити на них свою вагу. Цікаво, що незважаючи на ін'єкцію векторів лише в ліву частину рухової кори головного мозку, обидві задніх кінцівки тварин однаково добре відновлювали опорно-рухові функції.
Також вчені вирішили розібратися в механізмі, який ліг в основу такого очевидного поліпшення рухових функцій: той самий нокаут PTEN, незважаючи на деяку регенерацію аксонів, ніяк не вплинув на відновлення руху в лапках мишей порівняно з контрольною групою. Деякі джерела вказували на роль нейронів із серотоніновими рецепторами у відновленні опорно-рухового апарату, тому автори роботи перевірили і їх ступінь регенерації за допомогою мікроскопії. Дійсно, відмінною рисою у мишей, які отримали ін'єкцію з вектором hIL-6, стала регенерація серотонінергічних нейронів більшою мірою, ніж у PTEN-нокаутних мишей.
Щоб однозначно підтвердити роль цих нейронів у відновленні опорно-рухових функцій, вже відновилися після травми мишам ввели нейротоксин, який селективно вбиває серотонінергічні нейрони. Ефект, викликаний терапією, зник, що вказує на участь серотонінергічної системи мозку в регенерації функцій опорно-рухового апарату.
Однак, щоб впливати на серотонінергічні нейрони, hIL-6 повинен був потрапити в довготривалий мозок. Ін'єкція векторів була проведена в рухову кору мозку. В ході експериментів з нейронами і, дослідники прийшли до висновку, що виробляються в результаті трансдукції вектором цитокін hIL-6 передається міжсинаптично між нейронами на досить далекі відстані, в ядра шва, які і знаходяться в продолговатом мозку. Таким чином, введені в кору вектори запускають регенеративні сигнальні шляхи міжнейронно, випускаючи білок hIL-6 на кінцях аксонів, і сигнал доходить до продовгуватого мозку.
Таким чином, дослідники докладно описали принцип дії запропонованого ними засобу на процес регенерації нейронів і відновлення рухових функцій. Вчені зазначають, що така терапія, можливо, матиме навіть більший ефект у поєднанні з іншими підходами, а також у разі менш серйозних ушкоджень. Подібна терапія потенційно може бути застосована і на людях.
Поки регенерація центральної нервової системи людей за допомогою технологій генної терапії можлива тільки в теорії, дослідники тестують і інші способи реабілітації: наприклад, за допомогою електростимуляції спинного мозку паралітика заново навчили ходити. У той же час, вчені широко досліджують підходи генної терапії на тварин моделях. Так, раніше за допомогою епігенетичного репрограмування вдалося відновити зорові нейрони мишам, які втратили зір в результаті глаукоми або вікових змін. У разі деяких інших захворювань, подібні технології вже доступні і в клініці - наприклад, генну терапію проти гемофілії А назвали безпечною і ефективною, а терапія проти вродженої сліпоти схвалена FDA ще в 2017 році.