Найден способ восстановления нервных волокон после травмы спинного мозга
Ученые из Кембриджа вырастили в лаборатории миниатюрную модель связи между головным и спинным мозгом и показали вещь, которая еще недавно звучала почти невероятно. Поврежденные нервные волокна, которые раньше считались практически неспособными к восстановлению, в определенных условиях могут снова начать расти. Речь пока не о готовом лечении паралича и не о таблетке, которая завтра вернет движение после тяжелой травмы. Но сама идея важная: исследователи нашли у человеческих нервных клеток внутренний механизм, который словно выключает способность к восстановлению, а затем показали, что этот механизм можно попробовать снова переключить.
Чтобы понять, почему это так важно, надо вспомнить простую вещь. Движение руки, шаг, поворот головы, попытка сжать пальцы — все это зависит от связи между головным и спинным мозгом. Нервные клетки передают команды по длинным отросткам, которые работают как тонкие биологические кабели. Если такие волокна повреждаются, сигнал перестает доходить туда, куда нужно.
В детстве и во время внутриутробного развития нервная система активно строит эти связи. Клетки растут, тянутся друг к другу, прокладывают маршруты, настраивают передачу сигналов. Но потом эта способность резко снижается. У взрослого человека повреждение головного или спинного мозга часто становится постоянной проблемой. Поэтому травмы позвоночника, некоторые неврологические болезни, рассеянный склероз или болезнь двигательных нейронов могут приводить к тяжелым нарушениям движения. И самая горькая часть здесь в том, что организм как будто знает, как строить нервные связи в начале жизни, но потом теряет эту свободу.
Команда учёных пошла необычным путем. Несколько лет назад эти специалисты уже выращивали из стволовых клеток пациентов маленькие трехмерные модели тканей мозга. Их иногда называют мини-мозгами, хотя, конечно, это не настоящий мозг в полном смысле слова. Это небольшие структуры, похожие на отдельные участки коры головного мозга. Такие модели нужны не для фантастики, а для очень практичной науки: на них можно смотреть, как ведут себя человеческие клетки, не полагаясь только на опыты с животными.
В новом исследовании ученые сделали следующий шаг. Они создали не просто отдельную модель мозговой ткани, а миниатюрную систему, где ткани головного и спинного мозга были разделены, но могли соединяться нервными волокнами. Это похоже на попытку собрать в чашке очень упрощенную схему человеческого движения. Мозговая часть находилась отдельно, спинномозговая — отдельно, а между ними оставался промежуток. И вот через этот промежуток начали расти нервные волокна. Они дотянулись до нужной зоны и сформировали рабочую цепь. Более того, эта цепь оказалась настолько активной, что смогла вызывать сокращения маленьких мышечных скоплений.
Вот здесь история становится особенно интересной. Ученые наблюдали за этой системой больше года и пытались понять, когда именно нервные волокна теряют способность к восстановлению после повреждения. Оказалось, что примерно до 150 дня развития модели, что соответствует середине беременности, поврежденные волокна еще могли отрастать заново. После этого срока их восстановление заметно ухудшалось. Первый автор работы объяснил это так: менее зрелые нервные клетки после повреждения снова выпускали длинные отростки, а более зрелые клетки уже резко теряли эту способность. Иными словами, слабое восстановление не просто появляется после травмы. Оно постепенно встраивается в сами человеческие нейроны по мере их созревания.
Пока человек живет, у него остается пространство для надежды, даже если обстоятельства кажутся жесткими и почти закрытыми.
Стивен Хокинг
Исследователи начали искать эту дверь на уровне работы генов. Они изучили, какие гены становятся активнее или слабее в нервных клетках, соединяющих головной и спинной мозг. Так удалось найти целую сеть генов, которая ведет себя как переключатель. Пока клетки созревают и формируют устойчивые связи, эта сеть ограничивает рост нервных волокон. С одной стороны, это может быть нужно организму, чтобы взрослая нервная система была стабильной и не перестраивалась хаотично. С другой стороны, после травмы такая стабильность превращается в проблему: волокна уже не хотят расти туда, где связь была разорвана.
Затем ученые проверили базу лекарственных соединений и стали искать вещества, которые могут воздействовать на найденную генную сеть. Среди возможных кандидатов они выделили линэстренол. Это гормональный препарат, который уже применяется при некоторых нарушениях менструального цикла и как средство контрацепции. Важно подчеркнуть: речь не о том, что этот препарат теперь можно использовать для восстановления спинного мозга. До такого вывода очень далеко. Но в лабораторной модели он заметно усилил повторный рост поврежденных нервных волокон.
Именно это делает работу такой любопытной. Иногда в медицине прорыв начинается не с создания совершенно нового вещества, а с нового взгляда на уже известное. Препарат может оказаться не окончательным решением, а подсказкой. Он показывает, на какие молекулярные механизмы стоит смотреть внимательнее. В данном случае линэстренол стал своего рода указателем: человеческие нейроны, даже после потери способности к росту, теоретически можно подтолкнуть к восстановлению.
Конечно, травма спинного мозга — это не только проблема самих нейронов. Там есть воспаление, рубцовая ткань, нарушение окружающей среды, множество биологических барьеров. Нервному волокну мало просто захотеть расти. Ему нужно пройти через сложный участок повреждения, найти правильную цель и снова встроиться в работающую сеть. Если связь восстановится неправильно, пользы может не быть. Поэтому исследователи осторожны. Они считают, что теперь нужно проверить, сможет ли такая стратегия не просто выращивать волокна, а помогать им формировать правильные контакты между клетками головного и спинного мозга.
Отдельное значение имеет сам метод исследования. Большая часть знаний о восстановлении нервов раньше приходила из опытов на грызунах. Такие модели полезны, но клетки мышей и крыс не во всем ведут себя как человеческие. А когда речь идет о сложной нервной системе, эта разница может быть решающей. Органоиды, выращенные из человеческих стволовых клеток, позволяют ближе подойти к реальной биологии человека. Они не заменяют полностью клинические исследования, но помогают увидеть то, что на животных моделях можно просто пропустить.
Для пациентов с травмами позвоночника, рассеянным склерозом или другими тяжелыми заболеваниями нервной системы такие новости всегда звучат очень чувствительно. Здесь легко скатиться в громкие обещания, а делать этого нельзя. Пока это лабораторная работа, пусть и очень сильная. Но она меняет саму постановку вопроса. Если раньше поврежденные связи между головным и спинным мозгом часто воспринимались как почти окончательно утраченные, то теперь появляется более тонкая картина: возможно, часть запрета на восстановление находится внутри самих нейронов, и этот запрет можно ослабить.
Ученым еще предстоит понять, насколько безопасно вмешиваться в такие механизмы, можно ли управлять ростом волокон точно, не вызовет ли это нежелательных эффектов и получится ли добиться настоящего восстановления функций. Но сам факт, что человеческую модель связи головного и спинного мозга удалось вырастить, повредить, изучить и частично вернуть к росту, уже выглядит важным шагом для нейронауки и будущей восстановительной медицины.
