Как восстановить нервные клетки — Wonderzine

Обучение и наслаждение

Учёные сходятся в мнении, что мозгу вредят те же процессы, что не приносят пользы остальному организму: депрессия, хроническое переутомление, недосыпание, несбалансированное питание, слишком большое количество алкоголя. Эти факторы, скорее всего, препятствуют и образованию новых. Логично, что обратный эффект должны нести занятия, которые полезны в целом — а в идеале ещё и приятны. 

Образование новых нейронов и их встраивание сильно зависит от микроокружения, в том числе от нейромедиаторов — специальных веществ, помогающим клеткам передавать друг другу сигналы; эти сигналы могут быть и возбуждающими, и тормозящими. Нейромедиаторов множество, и к ним относятся, например, всем известные дофамин и серотонин — они положительно влияют на формирование нервных связей. Деятельность, которая способствует выбросу дофамина или серотонина, может способствовать нейрогенезу; к ней относится всё приятное или полезное для выживания и продолжения рода: еда, смех, любовь, секс, а также получение новых знаний.

Захаров уточняет, что пока сложно выделить конкретный нейромедиатор, гарантированно влияющий на нейрогенез, но можно точно сказать, что получение свежей информации играет положительную роль. Познавательные процессы и опыт не только способствуют возникновению новых нейронов, но и «помогают» им выжить — обучение вовлекает клетки в создание новых цепочек.

Кроме этого, на нейрогенезе хорошо сказывается и так называемая обогащённая окружающая среда. У мышей, которые жили в клетках со своими собратьями, а также множеством занимательных предметов — от бегового колеса, игрушек и лабиринтов до самой разнообразной еды, — количество новых нейронов было больше, чем у грызунов, одиноко обитавших в пустых клетках. В мире людей под богатой окружающей средой подразумевают «человеческую» версию всего того, что было у мышей: нам нужны социальные контакты, развлечения, решения различных задач, физическая активность, богатый рацион и совершение открытий.

Регенерация клеток головного мозга возможна

Как ускорить восстановление поврежденного мозга?

Мозг способен восстанавливаться после повреждений. Но происходит это довольно медленно, и человеческой жизни может просто не хватить. Профессор Сиддхартха Чандра занимается регенеративной неврологией и утверждает, что близок день, когда пациентов с такими диагнозами, как рассеянный склероз, болезнь Альцгеймера и болезнь двигательных нейронов, наконец-то можно будет стабильно и эффективно лечить. Об этом он рассказал в лекции на платформе TED, а Slon публикует сокращенную версию ее перевода.

Я рад, что могу рассказать о возможностях восстановления тканей мозга после повреждений, и для меня как невролога это особенно важно, потому что мы можем дать надежду на выздоровление пациентам, чьи состояния сегодня считаются неизлечимыми. Проблема вот в чем. Сравните фото здорового головного мозга с фотографией мозга пациента, страдающего болезнью Альцгеймера. Красным отмечены видимые повреждения: атрофия, рубцы.

Я мог бы показать изображения мозга больных с другими диагнозами – рассеянным склерозом, болезнью двигательных нейронов, болезнью Паркинсона, синдромом Хантингтона, – везде похожая история. Эти недуги представляют серьезную угрозу, возможно, самую серьезную в наше время. Статистические данные просто пугают. Сейчас около 35 миллионов человек живут с одним из перечисленных выше диагнозов, и это обходится человечеству в 700 миллионов долларов в год. И ситуация только ухудшается, потому что заболевания эти тесно связаны с возрастными изменениями, а население, как мы знаем, стареет. Вопрос: почему мы до сих пор не знаем способа эффективно лечить больных, страдающих от таких недугов?

Чтобы было проще разобраться во всем этом, возьму на себя смелость прочитать сильно ускоренный курс по высшей нервной деятельности. Придется вкратце пересказать все, чему я учился в медицинском институте! На деле мозг устроен просто: когда нейроны и глиальные клетки здоровы и работают, вместе они создают целую симфонию электрических импульсов, лежащих в основе нашей мыслительной деятельности, способности думать, запоминать, учиться, нашей способности переживать и чувствовать, нашей двигательной активности, наконец. Но любое повреждение одного из звеньев цепи приводит к нарушениям работы системы, а нарушение дает о себе знать в форме заболевания.

Я проиллюстрирую свое повествование видеопримером. Это Джон, мой пациент, он пришел ко мне в клинику на прошлой неделе. У Джона болезнь двигательных нейронов. Джон был так любезен, что согласился рассказать, как и почему ему был поставлен такой диагноз, как болезнь проявилась.

Суть в том, что за восемнадцать месяцев здоровый мужчина оказался в инвалидной коляске, дышать ему помогает кислородная маска. И такое может случиться с кем угодно, с вами, вашим отцом, братом, другом. Вот что происходит, когда погибают двигательные нейроны. А когда поражается миелиновая оболочка нервных волокон, возникает рассеянный склероз.

Я знаю, о чем вы думаете. Вы недоумеваете: этот парень влез на сцену и обещал обнадежить, а вместо этого рассказывает ужасные вещи, беспросветные, вгоняющие в депрессию. Да, я сказал, что эти заболевания очень тяжелы, они кого хочешь выбьют из колеи, да и лечения, по сути, пока нет. И на что же тут надеяться?

Знаете, полагаю, надежда есть. И вот она: картина мозга пациента с рассеянным склерозом. И она демонстрирует способность мозга к регенерации. Да, мозг на это способен, просто делает он это недостаточно быстро и эффективно. 

Посмотрите: белые пятна на рисунке – поврежденные области, а вот бледно-голубые – области, где клетки восстановились. Чтобы не было недопонимания: они тоже были белыми! Восстановление произошло не благодаря лечению, нет, доктора тут ни при чем. Это поразительно. В основе процесса лежит способность стволовых клеток генерировать новый миелин, прикрывать им поврежденные участки. В чем сенсационность: во-первых, таким образом была опровергнута аксиома всех времен и народов. Мы точно знали, когда учились на медиков, что нервные клетки не восстанавливаются, в отличие, скажем, от клеток печени или костной ткани. А вообще-то – да, восстанавливаются, просто медленно. Во-вторых, это задает нам совершенно определенное направление для поиска новых способов лечения. Много ума не надо, чтобы понять: мы должны просто потенцировать процесс восстановления клеток, который и без нас происходит.

Так почему же, спросите вы, до сих пор нет эффективной терапии? Ведь не только что же все это выяснилось. Отвечу: все дело в том, что разработка лекарственных препаратов – невероятно сложный и полный рисков процесс, ставки здесь высоки, а шансы на успех невелики. Надо отбросить 10 тысяч неподходящих вариантов, чтобы найти один работающий и безопасный. Можно потратить пятнадцать лет и более миллиарда долларов, но так и не добиться успеха.

Но как делать это быстрее, как изменить правила игры? Для этого потребуется понять, где же процесс стопорится. Одна из таких стадий – длительные опыты на животных. Но познать самого себя человек может, только изучая себя, то есть именно человека (несколько перефразирую Александра Поупа). Так реально ли исследовать все эти процессы на непосредственно человеческом материале? Да. У нас есть возможность использовать стволовые клетки, уникальные в своем роде: они способны к саморегенерации, плюс из них можно создавать клетки для починки разных органов, будь то печень или костная ткань, и даже, возможно, двигательные нейроны или миелиновую оболочку нервных волокон. Действительно ли это дает нам шанс на революцию в лечении неврологических пациентов?

Полагаю, да. Моя уверенность базируется на открытиях последних двадцати лет. Мы помним о первой клонированной из клетки взрослой особи овечке Долли, здесь, в Эдинбурге, но куда важнее другое научное открытие. Его совершил японский ученый Синъя Яманака, нобелевский лауреат, впервые получивший индуцированные плюрипотентные стволовые клетки. Он продемонстрировал, что нужно всего 4 компонента, чтобы абсолютно любую клетку преобразовать в стволовую. Трудно преувеличить значение этого события в науке, потому что оно означает, что каждый из числа сидящих в этой аудитории – сам себе набор запчастей. Возьмите клетку, скажем, кожи, преобразуйте ее в стволовую, и ее можно будет использовать там, где она нужна для лечения. Когда я учился на врача, над этим тезисом все мы просто посмеялись бы, а сегодня это самая настоящая реальность. И вот он – источник надежды.

Есть два пути применения стволовых клеток в регенеративной неврологии. Первый – использование их в разработке лекарственных средств. Можно взять клетку кожи, сделать из нее плюрипотентную стволовую и запустить ее в работу как двигательный нейрон. Да, вот так просто, плюрипотентные стволовые клетки это действительно могут. Но главное, что таким образом мы можем наблюдать за клеткой, сравнивать ее поведение с поведением здоровых и зараженных нейронов в конкретном организме. У нас даже есть возможность трансформировать клетку таким образом, чтобы она светилась, так нам удобнее будет наблюдать за ней. Используя этот трюк, мы провели исследование и выявили, что поврежденные нейроны гибнут в 2,5 раза чаще здоровых. Это потрясающий метод для ведения фармакологических разработок, раньше такого и представить себе было нельзя.
Второй момент касается непосредственного использования стволовых клеток для терапии. Напомню, что наш мозг и сам по себе содержит стволовые клетки, и все, что нам нужно сделать, это расшевелить их, чтобы восстановление шло быстрее. Я расскажу в двух словах, максимально просто, но вы должны понимать, что этот эксперимент длился пять лет и стоил мне множества седых волос. Мы ввели стволовые клетки внутривенно пациентам с рассеянным склерозом – это были клетки, полученные из тканей их собственного костного мозга. Для тестирования выбрали показатели работы зрительного нерва, потому что у больных с этим диагнозом, к сожалению, зрение очень сильно страдает. Так вот, в течение года до начала эксперимента зрение у испытуемых плавно ухудшалось (мы провели три замера: за 12 месяцев, за 6 месяцев и непосредственно перед введением клеток). После введения показатели резко пошли вверх (2 замера – 3 и 6 месяцев после). Я и сам не думаю, что такой эффект возник благодаря тому, что введенные клетки заменили миелиновую оболочку нервных волокон, нет. Полагаю, это и было стимуляцией активности собственных стволовых клеток мозга, тем самым пинком для них: просыпайтесь, работайте, создавайте миелин. Это потрясающе.

Предоставлю слово Джону.

Я хотел бы поблагодарить Джона за то, что он принял участие в нашей беседе, и одновременно сказать ему и другим людям с таким или похожими диагнозами: я вижу перспективу. Думаю, день, когда мы по-настоящему сможем помогать вам, ближе, чем кажется. Спасибо!

Они восстанавливаются! Что ученые узнали про нервные клетки

Нервные клетки не восстанавливаются – правда ли это?

Если нервные клетки не восстанавливаются, то значит ли это, что они могут закончится? Правда ли это и если да, то от чего они погибают? Как возникла эта теория и кто ее опровергнул рассказала в программе «Наука против» на RTVI кандидат биологических наук Вера Толченникова.

Почему нервные клетки не восстанавливаются?

У разных клеток организма, у мышечной клетки, у нервной клетки, у клетки печени или крови одинаковый генетический материал. То есть в ядре содержится одна и та же информация. Но считывается она по-разному. Поэтому внешне и функционально клетки отличаются, но внутри они все имеют универсальный генетический код. Так вот главное внешнее отличие нервной клетки – это ее отростки. Есть короткие отростки – они называют дендриты, по ним сигнал проходит к телу клетки от других клеток. Как правило, их много, более 10 тысяч. И у каждой нервной клетки есть длинный отросток, он называется аксон, его длина достигает полутора метров. По нему идет сигнал к другой клетке. Таким образом, нервная клетка переводит сигнал от дендрита к аксону.

А главная особенность нервной клетки – с возрастом, клетки с аксонами и дендритами не делятся. Это заметил нобелевский лауреат 1906 года Сантьяго Рамон-и-Кахаль и посягнуть на его авторитетное мнение не могли вплоть до 90-х годов 20 века.

Вера Толченникова: «Наверное, это одна из причин, почему появился миф о том, что нервные клетки не делятся».

Они восстанавливаются

Но есть и хорошая новость: кроме того, что у нас есть старые клети, которые со временем перестают делиться, производятся и новые клетки, которые продолжают свою деятельность. Этот процесс называется нейрогенез.

Другой ученый Джозеф Альтман заметил, что у морских свинок, крыс и даже кошек новые нейроны образуются и выдвинул теорию нейрогенеза. Но тогда ему никто не поверил, его не публиковали в научных журналах, а финансирование его проектов прекратили. И только в 90-е годы интерес к этой теме возобновился. На сегодняшний день по крайней мере для двух зон мозга это доказано – это некоторые части гиппокампа и субвентрикулярная зона.

В гиппокампе ежесуточно образуется 700 нейронов. Правда, пи этом, умирает во всем мозге 500 тысяч нейронов в день. Но вообще, за всю жизнь у человека погибнет только не более 20%.

Что убивает нервные клетки: травмы, инсульты, гиподинамия, алкоголизм, перенапряжение, тревожность. Кстати, при хронической алкоголизации первыми будут погибать молодые клетки, те, что связаны с памятью и с торможением агрессии, например.

Что помогает восстановить нервные клетки: спорт и полезное питание.

В одном из научных экспериментов мышам, страдающим от алкоголизма, добавили физической нагрузки, ученые считали, что это ухудшит их состояние. Однако, на удивление наблюдателей, произошел обратный эффект. Было выявлено, что даже поврежденные алкоголем клетки мозга мышей восстановились. А значит, спорт действительно помогает не только сохранить физическую форму, но даже восстановить здравый ум.

Подробнее смотрите в программе «Наука против»

Новости партнеров

Поврежденные клетки мозга взрослого восстанавливаются, возвращаясь к началу

При кортикоспинальных повреждениях мозга в мышиной модели
взрослые нейроны начинают естественный процесс регенерации,
возвращаясь к эмбриональному состоянию, и эта регенерация
поддерживается удивительным геном, — пишет eurekalert.org со
ссылкой на Nature.

Когда взрослые клетки мозга получают травмы, они возвращаются в
зародышевое состояние, — выяснили исследователи из
Калифорнийского медицинского университета в Сан-Диего совместно с
коллегами из других стран. Ученые сообщают, что в зародышевом
состоянии клетки способны повторно выращивать новые соединения,
которые при правильных условиях могут помочь восстановить
утраченную функцию.

Восстановление повреждений головного и спинного мозга может быть
самой сложной задачей медицинской науки. До недавнего времени это
казалось невыполнимой задачей. В новом исследовании изложена
«транскрипционная схема регенерации в мозге взрослого человека».

«Используя невероятные инструменты современной нейробиологии,
молекулярной генетики, вирусологии и вычислительной математики,
мы впервые смогли определить, как весь набор генов во взрослой
клетке мозга перезагружается для регенерации. Это дает нам
фундаментальное понимание как на транскрипционном уровне
происходит регенерация», — сказал старший автор Марк Тушински,
доктор медицинских наук, профессор нейробиологии и директор
Института трансляционной нейронауки Медицинского факультета
Калифорнийского университета в Сан-Диего.

Используя модель мыши, Тушински и коллеги обнаружили, что после
травмы зрелые нейроны в мозге взрослого человека возвращаются в
эмбриональное состояние. «Кто бы мог подумать, — говорит
Тушински. — Всего 20 лет назад мы думали о мозге взрослого как о
статичном, окончательно дифференцированном, полностью
сформировавшемся и неизменном».

Но работа Фреда «Расти» Гейджа — доктора философии, президента и
профессора Института биологических исследований Солка и
адъюнкт-профессора в Калифорнийском университете в Сан-Диего и
других ученых, обнаружила, что новые клетки мозга на протяжении
всей жизни появляются в гиппокампе и субвентрикулярной зоне.

«Наша работа еще более радикализует эту концепцию, — сказал
Тушински. — Способность мозга восстанавливать или заменять свои
клетки не ограничивается только двумя областями. Так, когда
повреждена клетка коры головного мозга взрослого человека, она
превращается (на уровне транскрипции) в эмбриональный
кортикальный нейрон. И в этом обратном, гораздо менее зрелом
состоянии, нейрон может вырастить аксоны, если ему предоставлена
​​среда для роста. На мой взгляд, это самая выдающаяся
особенность исследования и это просто шокирует».

Чтобы обеспечить «благоприятную среду для выращивания аксонов»,
Тушински и его коллеги исследовали, как поврежденные нейроны
реагируют на повреждение спинного мозга. В последние годы
исследователи значительно расширили возможности использования
привитых нервных стволовых клеток для стимулирования
восстановления травм спинного мозга и восстановления утраченной
функции в основном путем побуждения нейронов расширять аксоны
через место травмы, восстанавливая разрыв отрезанных нервов.

В прошлом году, например, междисциплинарная команда во главе с
доктором наук Коби Коффлером, доцентом нейробиологии Тушински, и
доктором наук Шаоченом Ченом описала использование 3D-печатных
имплантатов для стимулирования роста нервных клеток при
повреждениях спинного мозга у крыс, восстановления связей и
потерянных функций.

Последнее исследование подарило второй сюрприз: в стимулировании
роста и восстановления нейронов один из важнейших генетических
путей включает ген Хантингтина (HTT), который при мутировании
вызывает болезнь Хантингтона — разрушительное расстройство,
характеризующееся прогрессирующим разрушением нервных клеток в
мозге.

Команда Тушински обнаружила, что «регенеративный транскриптом» —
коллекция молекул РНК-мессенджера, используемых
кортикоспинальными нейронами — поддерживается геном HTT. У мышей,
генетически сконструированных с отсутствием гена HTT, после
повреждения спинного мозга была снижена регенерация нейронов.

«Несмотря на то, что уже была проделана большая работа для
понимания, почему мутации Хантингтина вызывают заболевание,
гораздо меньше было известно о роли в этом Хантингтина, — сказал
Тушински. — Наша работа показывает, что Хантингтин необходим для
ускорения восстановления нейронов головного мозга. Таким образом,
можно было бы предсказать, что мутации в этом гене приведут к
потере способности взрослого нейрона к самовосстановлению. Это, в
свою очередь, может привести к медленной дегенерации нейронов,
что вызывает болезнь Хантингтона.

[Фото: eurekalert.org, ru.123rf.com/profile_ssilver]

Восстановление нервных клеток

К этим результатам стоит сделать одно важное замечание: возможно, что показанная связь «меньше новых нейронов – острее реакция на стресс» замыкается сама на себя. Неприятные события жизни снижают интенсивность взрослого нейрогенеза, из-за чего животное становится чувствительнее к стрессам, поэтому скорость образования нейронов в мозге падает – и так далее по кругу.

Несмотря на отсутствие точных сведений о взрослом нейрогенезе, уже появились бизнесмены, готовые построить на нем доходное дело. Еще с начала 2010-х компания, продающая воду из родников Канадских Скалистых гор, выпускает бутылки Neurogenesis Happy Water. Утверждается, что напиток стимулирует образование нейронов за счет содержащихся в нем солей лития. Литий в самом деле считается полезным для мозга препаратом, хотя в таблетках его куда больше, нежели в «счастливой воде». Действие чудо-напитка проверили нейробиологи из Университета Британской Колумбии. 16 дней они поили крыс «счастливой водой», а контрольную группу – простой, из-под крана, а потом рассмотрели срезы зубчатых извилин их гиппокампа. И хотя у грызунов, пивших Neurogenesis Happy Water, новых нейронов появилось на целых 12% больше, их общее число оказалось невелико и говорить о статистически достоверном преимуществе нельзя.

Пока мы можем лишь констатировать, что взрослый нейрогенез в головном мозге представителей нашего вида однозначно существует. Возможно, он продолжается до глубокой старости, а может, только до подросткового возраста. На самом деле это не так важно. Интереснее то, что рождение нервных клеток в зрелом мозге человека вообще происходит: от кожи или от кишечника, обновление которых идет постоянно и интенсивно, главный орган нашего тела отличается количественно, но не качественно. И когда сведения о взрослом нейрогенезе сложатся в цельную детальную картину, мы поймем, как перевести это количество в качество, заставив мозг «ремонтироваться», восстанавливать работу памяти, эмоций – всего того, что мы зовем своей жизнью.

Учёные смогли «вживую» увидеть, как организм лечит мозг после инсульта

​​Нейробиологи ТГУ с помощью нового неинвазивного метода смогли впервые в мире проследить процессы гибели и восстановления нервных клеток и аксонов после инсульта головного мозга. Данные получены на модели ишемического инсульта у крыс. С помощью нового подхода к МРТ исследователи в течение трех месяцев отслеживали изменения, которые происходили в головном мозге животных, переживших сосудистую катастрофу. Они выяснили, что новые аксоны пытаются восстановить утраченную связь между нервными клетками. Исследования выполнены при поддержке РНФ.

Инструментом для проведения исследований стала диагностическая технология, созданная в лаборатории нейробиологии ТГУ под началом её научного руководителя, профессора ТГУ и Университета Вашингтона Василия Ярных. С помощью специальных процедур математической обработки данных МРТ учёные получают карты миелина – изображения мозга, отражающие количество оболочек нервных волокон аналогично тому, как рельеф местности изображен на географических картах. Карты миелина выявляют микроскопические изменения вещества мозга, которые нельзя обнаружить с помощью традиционной МРТ.

– Было проведено два эксперимента: в ходе первого состояние животных отслеживалось на протяжении десяти дней после инсульта, – рассказывает заведующая лабораторией нейробиологии ТГУ Марина Ходанович. – В ходе второго многократное сканирование головного мозга грызунов проводилось в течение трех месяцев. В обоих случаях мы смотрели, что происходит с нейронами и аксонами (отростками нервных клеток), по которым идут импульсы от одной нервной клетки к другой.

При этом проводилась количественная оценка миелина – главного вещества в составе оболочек нервов. Именно от его состояния зависит правильная передача информации между клетками нервной системы.  Исследования нейробиологов показали, что после инсульта в области мозга, где произошло нарушение кровоснабжения, гибнут нейроны и аксоны, однако часть аксонов остаются живыми, хотя и демиелинизированными. Также выяснилось, что данный процесс не является необратимым – со временем происходит восстановление миелина в оболочках нервов.

Наблюдается и другой феномен: от здоровых нейронов из неповрежденных областей, у которых погибли аксоны и поэтому нарушены связи с другими нервными клетками, прорастают новые аксоны. Они могут проходить через ишемическую область, дотягиваясь до здоровых нейронов и формируя новые нервные сети. Если новая связь образована, а по аксону начинают проходить нервные импульсы – это сигнал для образования новой миелиновой оболочки. Прорастание новых нервных окончаний у крыс происходит достаточно быстро, через два-три месяца.

– Судя по всему, новая проводящая сеть не полностью воспроизводит ту, которая была до повреждения, но, тем не менее, аксоны пытаются наладить утраченную связь между клетками, – говорит Марина Ходанович. – Наша дальнейшая задача – выяснить, как восстановление сети влияет на возобновление различных функций: восприятия, памяти, мелкой моторики и других. Для этого необходимо понять, как изменилась структура нервной сети, и сопоставить это с восстановлением функций. На это будут направлены наши дальнейшие исследования.

Для их выполнения учёные намерены использовать комбинацию двух методов магнитно-резонансной томографии: MPF-картирования и трактографии, которая позволяет оценивать проводящие пути нервной системы. Это поможет изнутри увидеть процессы восстановления головного мозга после инсульта и сопоставить их с динамикой реабилитации сенсорных, двигательных, когнитивных способностей. Новый подход перспективен как для мониторинга состояния, так и для прогноза динамики и объёма восстановления утраченных функций.

Наряду с этим нейробиологи планируют получить новые фундаментальные данные, изучая молекулярные механизмы восстановления нейронов и аксонов. На многие вопросы учёные попытаются ответить впервые, в частности, определить, как здоровый аксон находит путь к той клетке, с которой ему необходимо наладить связь, всегда ли ему удаётся это сделать. Исследователи рассчитывают найти «мишени», воздействие на которые будет стимулировать процессы восстановления и ускорит возвращение больных к нормальному качеству жизни.

Восстановление после нервной травмы — Neuroscience

Эти различные наблюдения пластичности взрослых показывают, что нормальный опыт может изменить силу существующих синапсов и может даже вызвать некоторое локальное ремоделирование синапсов и цепей. Более обширный рост и реконструкция стимулируются повреждением нервной системы.

Травматическое повреждение, нарушение кровоснабжения и дегенеративные заболевания — все это может повредить аксоны в периферических нервах или тела нейронных клеток и синапсы в более сложных схемах головного или спинного мозга.Когда периферические нервы повреждены, поврежденные аксоны активно регенерируют и могут вырасти на расстояниях в несколько сантиметров и более. При благоприятных обстоятельствах эти регенерированные аксоны также могут восстанавливать синаптические связи со своими мишенями на периферии. Напротив, аксоны ЦНС обычно не регенерируют (). В результате повреждение аксонов сетчатки, спинного мозга или остальной части мозга приводит к необратимой слепоте, параличу и другим нарушениям. Чем объясняется это различие в регенерации периферических нервов по сравнению с регенерацией аксонов в головном или спинном мозге?

Рисунок 25.16

Различные реакции периферической (A) и центральной (B) нервной системы на травмы. Повреждение периферического нерва приводит к серии клеточных реакций, которые в совокупности называются валлеровской дегенерацией (после Августа Валлера, английский язык девятнадцатого века (подробнее …)

Успешная регенерация периферических нервов зависит от двух критических условий. Во-первых, поврежденный нейрон должен реагируют на прерывание аксона, инициируя программу экспрессии генов, которая может поддерживать удлинение аксона.Многие гены, участвующие в росте аксонов на большие расстояния во время эмбрионального развития (см. Главу 23), в норме не экспрессируются во взрослых нейронах. Прерывание аксонов реактивирует экспрессию некоторых из этих генов в периферической нервной системе, но не во взрослой ЦНС. Аксоны, поврежденные в длинных трактах головного или спинного мозга, особенно в местах, удаленных от их клеточных тел, редко повторно экспрессируют эти гены. Во-вторых, как только поврежденный нейрон запускает генетическую программу, которая может поддерживать возобновление роста аксонов, возникающие конусы роста должны столкнуться со средой, которая может поддерживать и направлять отрастающие аксоны.В периферических нервах повреждение или дегенерация вызывает изменения, которые создают благоприятную среду для удлинения аксонов. Шванновские клетки и другие ненейрональные клетки реагируют на повреждение аксонов, вырабатывая молекулы клеточной адгезии, компоненты внеклеточного матрикса и набор нейротрофинов и других сигналов, которые способствуют росту аксонов (см. Главу 23). Не менее важно, что поврежденные периферические нервы поражаются макрофагами, которые быстро удаляют фрагменты дегенерирующих аксонов и миелин, которые в противном случае могли бы ингибировать рост регенерирующих аксонов.

Напротив, повреждение аксональных трактов в ЦНС взрослого человека вызывает совсем другой набор изменений. По мере разрушения аксонов и их миелиновых оболочек остатки не удаляются эффективно и могут сохраняться в течение многих недель, создавая существенное препятствие для регенерации. Это ингибирование, по-видимому, отражает активность белка, называемого Nogo, который блокирует удлинение аксонов, взаимодействуя с продвигающимися конусами роста (см. Вставку D). Nogo продуцируется олигодендроцитами, глиями, которые обычно образуют миелиновые оболочки вокруг аксонов ЦНС.Что еще хуже, астроциты, реагирующие на повреждение ЦНС, экспрессируют дополнительные ингибиторы удлинения аксонов. Как следствие, даже если центральный нейрон запускает генетическую программу регенерации, ростовые конусы, появляющиеся из места поражения в ЦНС взрослого человека, сталкиваются с рядом обстоятельств, которые препятствуют выздоровлению.

Коробка D

Почему мы больше не любим рыб и лягушек?

Роль аксональной среды в регенерации аксонов ЦНС была исследована Альбертом Агуайо и его сотрудниками в Университете Макгилла в 1980-х годах.Они пересадили сегменты периферического нерва в участки ЦНС, такие как зрительный нерв, спинной мозг или другие места, а затем определили, способны ли нейроны регенерировать аксоны через периферические трансплантаты. Их исследования показали, что по крайней мере некоторые аксоны ЦНС способны использовать преимущества более благоприятной среды для роста периферического нерва, регенерируя на расстояниях в несколько сантиметров и в некоторых случаях восстанавливая соответствующие синаптические связи (см. Вставку D).

Эта демонстрация того, что аксоны ЦНС иногда могут успешно регенерировать в трансплантат периферического нерва, вызвала интенсивные усилия многих лабораторий по созданию аналогичной поддерживающей среды для роста аксонов в длинных трактах головного или спинного мозга.Например, Мартин Шваб и его сотрудники показали, что имплантация клеток, сконструированных так, чтобы секретировать антитела против ингибирующих белков, включая Nogo, ослабила некоторые ингибирующие свойства миелина ЦНС у экспериментальных животных. Другой подход состоял в том, чтобы ввести клетки, которые обеспечивают более благоприятную среду для регенерации аксонов в поврежденной ЦНС. Шванновские клетки, нейральные стволовые клетки (см. Следующий раздел) и специализированные глиальные клетки из обонятельного нерва можно выращивать в тканевой культуре и вводить в мозг или спинной мозг экспериментальных животных, где они незначительно улучшают отрастание аксонов, а в некоторых случаях , функциональное восстановление.

Таким образом, регенерация у взрослых сдерживается постоянным подавлением генов, необходимых для эффективного удлинения аксонов. Повреждение периферической нервной системы легко вызывает экспрессию этой генетической программы, в то время как прерывание аксонов ЦНС млекопитающих — нет. Как только нейроны ЦНС активировали эти гены, в принципе возобновление роста может быть усилено удалением или нейтрализацией ингибирующих молекул и введением клеток, которые обеспечивают более благоприятную среду для роста.Однако клиническая эффективность этих стратегий не доказана. Почему это явно неадаптивное положение вещей сохраняется в процессе эволюции, вызывает много споров (вставка D).

Ремонт нейросети

Центральная сцена

Спинной мозг — это супермагистраль информации тела. Защищенный костным позвоночником, он является неотъемлемой частью центральной нервной системы (ЦНС). Он постоянно пульсирует электрохимическими сигналами, которые переносят сенсорную и моторную информацию между мозгом и телом.

Анатомия позвоночника

Спинной мозг проходит через полость в позвонках. Каждый позвонок отделен диском, который помогает защитить нежный шнур.

Изображение: Люси Ридинг-Икканда

Внешний шнур состоит из белого вещества, которое содержит длинные аксоны нервных клеток, через которые проходят электрические импульсы. Каждый аксон покрыт миелином — жировым веществом, которое увеличивает скорость передачи импульсов. В центре пуповины лежит серое вещество, в котором происходит обмен сигналами между нервными клетками.

Нервы выходят из спинного мозга парами, передавая сигналы к мышцам и органам чувств и от них.

Уровни травмы

Степень утраты двигательной и сенсорной функции определяется местом и тяжестью травмы. Поражаются участки тела, которые контролируются спинномозговыми нервами ниже уровня травмы. В большинстве случаев полностью теряется вся функция.

Изображение: Люси Ридинг-Икканда

Контроль повреждений

Тяжелая травма может остановить прохождение сигналов через аксоны.Поскольку нервные клетки ЦНС неспособны к регенерации, любая потеря моторной или сенсорной функции будет постоянной.

Изображение: Люси Ридинг-Икканда

Нет второстепенных проблем

Травмы спинного мозга связаны с серьезным ухудшением качества жизни и несут большое финансовое бремя. Расчетные затраты на жизнь 25-летнего человека с травмой спинного мозга в Соединенных Штатах составляют от 1,6 до 4,8 млн долларов США в случае наиболее серьезных травм.

Изображение: Люси Ридинг-Икканда

Восстановление связи между мозгом и телом

Ключ к восстановлению сенсорных и моторных функций у пациентов с травмами спинного мозга заключается в том, чтобы снова найти способ передачи сигналов между мозгом и пораженными участками тела. Некоторые исследователи используют электронику для обхода поврежденного спинного мозга, в то время как другие видят перспективу в том, чтобы заставить собственные механизмы организма восстановить себя.

Rewiring

Развитие вычислительной мощности компьютеров, миниатюризация электроники и растущее понимание ЦНС постепенно позволяют исследователям передавать сигналы от мозга к мышцам, не пересекая спинной мозг.Нервную активность в головном мозге можно регистрировать, обрабатывать вне тела и затем использовать для сокращения мышц. Это позволяет полностью обойти поврежденный спинной мозг, но до клинического применения еще далеко.

Изображение: Люси Ридинг-Икканда

Регенерация

Не существует одобренных методов лечения травм спинного мозга или восстановления утраченной функции. Однако ряд методов лечения находится на начальной стадии клинической разработки.Они предназначены для того, чтобы заставить поврежденные аксоны снова прорасти через повреждение, вызванное травмой.

Измененная среда

Биохимический состав среды, окружающей поврежденные нервные клетки, влияет на способность клеток к регенерации.

Изображение: Люси Ридинг-Икканда

Введение ферментов, расщепляющих CSPG, может помочь запустить регенерацию аксонов у мышей. ² .

Введение мышам комбинации инсулиноподобного фактора роста 1 (IGF-1) и белка под названием остеопонтин также может способствовать возобновлению роста нервных клеток. ³ .

Стимулирующая регенерация

Факторы, непосредственно воздействующие на поврежденные нервные клетки, могут быть введены для повышения способности этих клеток к заживлению.

Изображение: Люси Ридинг-Икканда

Nutlin 3, противоопухолевый препарат, способствует регенерации аксонов у мышей, подавляя регуляторный путь в нервных клетках ЦНС, который, по-видимому, ингибирует их регенерацию. ⁴ .

Повторное введение интегринов, ключевого набора рецепторов, утраченных во время развития, в зрелые нейроны может сделать их более восприимчивыми к факторам роста, таким как IGF-1, потенциально стимулируя регенерацию ⁵ .

Свежий рост

Исследования на крысах показывают, что мезенхимальные стволовые клетки (МСК), полученные из костного мозга или полученные из жировых клеток, могут оседать и накапливаться в местах повреждения спинного мозга ⁶ .

Изображение: Люси Ридинг-Икканда

Оказавшись там, МСК могут защитить нервные клетки от дальнейшего повреждения, вызванного иммунным ответом на повреждение, а также помочь восстановить повреждение миелина, окружающего аксоны, способствовать регенерации аксонов или даже дифференцироваться в новые нервные клетки ⁷ .

Следующие шаги

Способность восстанавливать спинной мозг может заключаться в поиске правильной комбинации методов лечения для поддержки заживления рубца — восстановления или повышения способности нервных клеток к регенерации при подавлении тормозных сигналов, которые высвобождаются после травма, повреждение. Испытания продолжаются — небольшое открытое испытание МСК на людях с травмой спинного мозга было завершено в этом году в Японии, и, как ожидается, вскоре будут опубликованы его результаты.

Новые стратегии восстановления миелина на поврежденных нервных клетках

Когда аксоны нервных клеток теряют миелин, они не могут хорошо общаться друг с другом.Но новое исследование показывает, что комбинированная терапия может восстановить миелин на регенерированных аксонах после травмы. (Изображение: AdobeStock / Иллюстрация: Себастьян Станкевич, Детский Бостон)

Основные выводы

Миелин — это важное жировое вещество, покрывающее нервные аксоны.

После травмы регенерированные нервные аксоны обычно не ремиелинизируются, что препятствует коммуникации нервных клеток.

Комбинированное лечение привело к ремиелинизации примерно 60% регенерированных аксонов.

Это исследование может иметь значение при других заболеваниях, связанных с потерей миелина, таких как рассеянный склероз.

Потеря миелина — жирового вещества, окружающего аксоны нервных клеток, — одна из причин, по которой нервные клетки не восстанавливаются после травм и при некоторых заболеваниях. Миелин действует как изоляция, покрывая длинные нити аксонов, которые обеспечивают высокоскоростную связь между нейронами. Без миелина нейроны не могут хорошо координироваться, что приводит к неоптимальной функции.В новом исследовании лаборатории Чжиган Хэ, доктора философии, Ф. В Центре нейробиологии Кирби ученые открыли двусторонний подход к восстановлению миелина на регенерированных аксонах на мышиной модели повреждения зрительного нерва. Их результаты могут иметь значение для заболеваний, связанных с потерей миелина, таких как рассеянный склероз (РС).

«Мы считаем, что эта работа представляет собой важный шаг к функциональному восстановлению клеток центральной нервной системы взрослого человека», — говорит Хе.

Аксоны не ремиелинизируются после травмы

В более ранних исследованиях лаборатория Хэ обнаружила несколько методов лечения, которые могут способствовать регенерации поврежденных аксонов зрительного нерва, но не восстанавливают функцию нерва.Причина? Эти регенерированные аксоны не миелинизированы. В этом новом исследовании, опубликованном в Neuron , он объясняет, почему эти аксоны не ремиелинизируются после травмы.

Чжиган Хэ

В мозге взрослого человека миелинизация осуществляется клетками, называемыми клетками-предшественниками олигодендроцитов (OPC).

«Мы обнаружили, что в поврежденных зрительных нервах OPCs неспособны дифференцироваться в зрелые миелинизирующие олигодендроциты», — говорит Хе, что означает, что они не развиваются в клетки, способные производить миелин и нормально функционирующие.

Его команда обнаружила две причины, почему. Во-первых, OPC в поврежденных нервах продуцируют белок, известный как GPR17, который блокирует первую стадию дифференцировки OPC в зрелые клетки. Во-вторых, воспалительные клетки в поврежденных нервах мешают другому этапу дифференцировки OPC.

Комбинированное лечение восстанавливает миелин

После тестирования набора доступных соединений соавтор Jing Wang, доктор философии из лаборатории He, обнаружил, что монтелукаст, противовоспалительное средство, используемое для лечения астмы и сезонных аллергий, блокирует развитие (или действие) GPR-17. .Некоторая ремиелинизация аксонов была восстановлена, но только примерно в 15 процентах обработанных нервных клеток.

Однако частота миелинизации значительно увеличилась после удаления иммунных клеток, называемых микроглией, из поврежденных нервных клеток с помощью лекарства под названием PLX3397. Сам по себе PLX3397 увеличивал ремиелинизацию в 21% аксонов. В сочетании с монтелукастом эта комбинация приводит к ремиелинизации примерно в 60 процентах поврежденных аксонов.

Комбинированное лечение монтелукастом и PLX3397 приводит к устойчивой ремиелинизации регенерированных аксонов в поврежденных клетках зрительного нерва.На изображении слева показаны демиелинизированные аксоны до лечения. Справа показаны ремиелинизированные аксоны после лечения. (Изображение: Zhigang He, Boston Children’s)

Обычно микроглия действует как поглотитель в центральной нервной системе, выявляя повреждающие воспалительные клетки и инфекционные соединения и удаляя их из места повреждения. Однако в этом случае присутствие микроглии остановило развитие ОРС в нормальные олигодендроциты. Дальнейшие исследования микроглии показали, что, когда они были удалены позже после травмы — в данном случае через две недели после повреждения зрительного нерва — развитие OPC происходило более нормально.

«На мышиной модели повреждения зрительного нерва мы обнаружили, что когда мы сочетали лечение монтелукастом и удаление микроглии позже после травмы, большинство аксонов могло ремиелинизироваться», — говорит он.

Связь с рассеянным склерозом

На поздней стадии рассеянного склероза (РС) поврежденные нервы страдают от миелинизации. Хотя это исследование не проводилось на мышиной модели с рассеянным склерозом, тот факт, что его команда открыла способ ремиелинизации регенерированных аксонов, обнадеживает, поскольку в настоящее время нет доступных методов лечения рассеянного склероза, которые в настоящее время работают путем восстановления миелиновой оболочки.

«Это похоже на то, что мы видим в зрительном нерве после травмы», — говорит он. «Оба страдают от миелинизации, поэтому мы считаем, что наши результаты могут иметь некоторые последствия для новых методов лечения РС, особенно для прогрессирующего РС».

Среди других авторов этой статьи — соавторы Сюэлянь Хэ, Хуян Мэн, Йи Ли, Филипп Дмитриев, Фэн Тянь и Джессика К. Пейдж из детской больницы Бостона и Ричард Лу из детской больницы Цинциннати.

Это исследование было поддержано грантом Национального института глаз, Dr.Фонд медицинских исследований Мириам и Шелдона Г. Адельсона и Национальный центр дополнительного и комплексного здоровья.

Узнайте больше об исследованиях Центра нейробиологии им. Ф. М. Кирби.

Самовосстанавливающиеся нервные клетки

Регенерация нервных клеток включает восстановление или замену поврежденных нервных клеток. В то время как низшие организмы обладают обширной способностью к регенерации нервов, высшие организмы, включая человека, имеют ограниченную способность к регенерации нервных клеток.

Изображение предоставлено: Андрей Водолажский / Shutterstock.com

У людей аксоны периферической нервной системы (ПНС) способны к регенерации, тогда как аксоны центральной нервной системы (ЦНС) в настоящее время считаются неспособными к регенерации.

Эта неспособность ЦНС к регенерации создает серьезные проблемы для лечения травм и заболеваний нервной системы.

Почему аксоны ПНС регенерируют, а аксоны ЦНС не регенерируют?

У высших животных, таких как млекопитающие, аксоны ПНС регенерируют после повреждения периферических нервов спонтанно, тогда как аксоны ЦНС не регенерируются после повреждения.

Это различие в регенеративной способности объясняется различными типами глиальных клеток, присутствующими в этих двух системах: в ПНС шванновские клетки (SC) способствуют возобновлению роста аксонов, тогда как в ЦНС возобновление роста ингибируется олигодендроцитами и образованием глиальных клеток. шрамы.

Глиальные рубцы препятствуют регенерации нервов, что значительно приводит к потере функции. Различные молекулы, такие как трансформирующие факторы роста β-1 и β-2, интерлейкины и цитокины, высвобождаются, способствуя образованию глиальных рубцов.

Факторы, ответственные за регенерацию аксонов

Расчистка от завалов

В ПНС после повреждения периферического нерва дистальная часть аксона распадается из сомы в течение двух дней на мелкие фрагменты, образуя маленькие сферы белков, называемых сферами актина, которые разбивают их на более мелкие части.

Эти более мелкие фрагменты затем удаляются шванновскими клетками, а затем и макрофагами. Этот процесс позволяет быстро очищать аксоны и создает благоприятную среду для возобновления роста аксонов.В ПНС аксональный мусор эффективно очищается в течение 2-3 недель.

В ЦНС после травмы олигодендроциты либо умирают, либо остаются невосприимчивыми, они не разрушают поврежденные аксоны в центральной нервной системе. Они не экспрессируют рецептор 1 фактора роста эндотелия сосудов (VEGFR1), как клетки Шванна.

Однако генетическая модификация олигодендроцитов может быть использована для индукции экспрессии VEGFR1. Недавнее исследование показало, что олигодендроциты могут быть созданы для производства актиновых структур и дезинтеграции сломанных фрагментов аксонов, таких как шванновские клетки.

Повышающая регуляция генов, связанных с регенерацией (RAG)

Повышенная регуляция генов, связанных с регенерацией (RAG), в нейронах ПНС наблюдалась после аксотомии. Показано, что некоторые из этих RAG играют важную роль в росте и регенерации нейритов.

К ним относятся c-Jun, активирующий фактор транскрипции-3 (ATF-3), ген 11, содержащий SRY-бокс (Sox11), белок с малым пролиновым повтором 1A (SPRR1A), протеин, связанный с ростом-43 (GAP-43) и КАП-23.

нейроны ЦНС не могут активировать гены, связанные с ростом; таким образом, даже в отсутствие ингибиторов они демонстрируют ограниченную способность к регенерации.

Разница во внеклеточном матриксе

Еще одно различие между ЦНС и ПНС — базальная пластинка. Шванновские клетки секретируют базальную пластинку, состоящую из ламинина, коллагена IV типа и протеогликанов сульфата гепарина (HSPG), вещества, необходимого для миелинизации.

Обилие базальной пластинки в ПНС и активация прорегенеративных молекул внеклеточного матрикса шванновскими клетками способствуют регенерации ПНС. Таким образом, взаимодействие интегрин-ламинин активирует ферменты киназы, запускает внутриклеточные сигнальные пути и способствует перестройке цитоскелета, ведущей к росту аксонов.

Напротив, олигодендроциты не секретируют базальную пластинку, и эти молекулы в основном отсутствуют в здоровой ЦНС, за исключением нескольких мест, таких как пиальная поверхность.

Однако некоторые данные свидетельствуют о том, что астроциты могут активировать стимулирующие рост компоненты внеклеточного матрикса, такие как фибронектин и ламинин, после повреждения. Тем не менее, это затмевается повышением активности протеогликанов хондроитинсульфата, которое тормозит отрастание аксонов.

Наличие ингибиторов центральной нервной системы

В месте повреждения образуются реактивные астроциты, и происходит активация ингибирующих молекул.Эти ингибирующие молекулы подавляют рост нейритов и способствуют нарушению нейродегенерации в ЦНС.

Аксоны нервов покрыты миелином, а поврежденный миелин является ключом к регенерации аксона. Миелин вокруг аксона помогает нервным сигналам быстро проходить.

Изображение предоставлено: Хуан Гертнер / Shutterstock.com

Миелин необходим для функционирования всей нервной системы. Тем не менее, в случае повреждения это препятствует процессу восстановления из-за присутствия связанных интегринов миелина (MAI), компонента миелина ЦНС, экспрессируемого олигодендроцитами.

Использование специфических пептидов или антител, которые блокируют молекулы, ингибирующие миелин, и их рецепторы, может улучшить регенерацию аксонов и функциональное восстановление.

Хондроитинсульфат протеогликаны

Хондроитинсульфат протеогликаны (CSPG) ингибируют взаимодействия нейронального интегрина (компонента, способствующего росту) с ламинином. Молекула адгезии нейрональных клеток (N-CAM) облегчает ингибирующие эффекты химиопульсивного Sema5a, ограничивает доступность кальция для нервных молекул и напрямую взаимодействует с функциональными рецепторами CSPG на поверхности нейронов.

Ученые продемонстрировали, что регенерацию можно стимулировать либо путем усиления стимуляции роста гепаринсульфат протеогликанами (HSPG), либо с помощью хондроитиназы, которая переваривает CSPG.

Аксональный механизм

Аксоны связываются с окружающей средой через адгезию на клеточной поверхности, рецепторы, каналы и механочувствительные молекулы. Молекулы адгезии на клеточной поверхности позволяют растущим аксонам оказывать давление на окружающую среду и передавать сигнал через мембрану.Кроме того, рецептор фактора роста также управляет сигнальными путями аксонов.

Регенерирующие аксоны проникают во внеклеточный матрикс, а интегрин связывает гликопротеины внеклеточного матрикса, вызывая пролиферацию клеток и разрастание аксонов, что приводит к регенерации. Таким образом, подавление интегринов или его лигандов приводит к ингибированию роста аксонов.

В ПНС интегрины, необходимые для роста аксонов, активируются во время регенерации, тогда как в ЦНС экспрессия интегринов снижается по мере созревания или становится выборочно исключенной из аксонов.

Таким образом, в ЦНС интегрины либо находятся на недостаточном уровне, либо отсутствуют. Кроме того, ингибирующие молекулы, такие как NogoA и CSPG, присутствующие в ЦНС, инактивируют интегрины, что приводит к недоступности соответствующим образом активированных интегринов, обеспечивающих регенерацию аксонов.

В заключение можно сказать, что в периферической нервной системе возможно самовосстановление нерва, но в настоящее время не найдено средств для восстановления центральной нервной системы после травмы.

Попытки возобновления роста нервов через переход ПНС-ЦНС на сегодняшний день не увенчались успехом.

Источники

• Huebner, E. A., et al. (2009). Регенерация аксонов в периферической и центральной нервной системе. Результаты и проблемы дифференцировки клеток, 48, 339–351. https://doi.org/10.1007/400_2009_19
• Vaquié A1., Et al. (2019). Поврежденные аксоны инструктируют клетки Шванна строить сжимающие актиновые сферы для ускорения дезинтеграции аксонов. Cell Rep.; 27 (11): 3152-3166.e7. DOI: 10.1016 / j.celrep.2019.05.060.

Идентифицированы ключевые белки для восстановления нервных волокон — ScienceDaily

Ученые Немецкого центра нейродегенеративных заболеваний (DZNE) определили группу белков, которые помогают регенерировать поврежденные нервные клетки.Их результаты опубликованы в журнале Neuron .

Принято считать, что нейроны центральной нервной системы прекращают свою способность расти, когда они больше не нуждаются в этом; Обычно это происходит после того, как они нашли свои клетки-мишени и установили синапсы. Тем не менее, недавние открытия показывают, что старые нервные клетки могут восстанавливаться и восстанавливать повреждения, как и молодые нейроны. Механизмы, лежащие в основе этого омоложения, теперь были обнаружены в лабораторных исследованиях, проведенных командой профессора Франка Брадке в Боннском центре DZNE вместе с учеными из Боннского университета.

«На самом деле, это довольно удивительно. Ни в коем случае не само собой разумеющееся, что молодые и взрослые нервные клетки имеют одни и те же механизмы», — сказал Брадке. «Нейроны демонстрируют интенсивный рост во время эмбрионального развития. Зрелые нервные клетки, с другой стороны, обычно не растут и не регенерируют. Наше исследование теперь показывает, что, хотя способность к росту тормозится во взрослых клетках, нейроны сохраняют склонность к росту. и возрождение «. Брадке и его коллеги обнаружили, что определенные белки, которые инициируют рост молодых нейронов, имеют решающее значение для этих процессов.«Эти белки являются ключевыми регуляторами компетенции роста, независимо от стадии развития. Они действуют на поддерживающую структуру клетки и, таким образом, запускают динамические процессы, которые являются предпосылкой для роста и регенерации», — сказал нейробиолог.

Таланты юношеского роста

Фактически, нейроны проявляют свой талант к росту только во время эмбрионального развития. На этом этапе они образуют длинные выступы (называемые «аксонами»), чтобы соединяться и таким образом передавать сигналы.Однако, когда нервная система достигает взрослой стадии, способность к росту и, таким образом, вновь расти после травмы снижается. Только нейроны «периферии», т.е. грамм. те, что в руках и ногах, сохраняют явный потенциал для исправления поврежденных соединений. Однако, если аксоны в спинном мозге разорваны, они не отрастают заново: следовательно, путь нервных импульсов остается нарушенным. Это может вызвать паралич и другие серьезные нарушения.

Особое семейство белков

«В течение некоторого времени мы задавались вопросом, можно ли реактивировать процессы, которые проявляются на ранней стадии развития.Это может быть способ вызвать регенерацию нейронов взрослых «, — сказал Себастьян Дюпраз, постдокторский исследователь в лаборатории Брадке и ведущий автор текущего исследования. В последние годы боннские ученые выявили различные факторы, влияющие на рост нейронов. Определенные белки — молекулы семейства «кофилин / ADF» — доказали, что играют ключевую роль: во время эмбрионального развития эти молекулы контролируют образование клеточных выступов, которые в конечном итоге превращаются в аксоны ». В нашем недавнем исследовании мы обнаружили, что это именно эти белки, которые управляют ростом и регенерацией, в том числе и во взрослых нейронах », — сказал Дюпраз.

Молекулярное растворение

Ученые обнаружили, что рост и отрастание нейронов подпитывается оборотом актиновых нитей. Эти молекулы в форме струн принадлежат к молекулярному каркасу, который придает клетке ее форму и стабильность. Белки семейства кофилин / ADF частично растворяют этот корсет. Только благодаря этому распаду структура клетки может измениться — и, таким образом, нейрон сможет расти и регенерироваться. «Подход к будущим регенеративным вмешательствам может заключаться в нацеливании на актин», — отмечает ученый DZNE Барбара Шаффран, другой ведущий автор текущего исследования.

Исследователи наблюдали эти процессы в нервных клетках мышей и крыс. Исследованные нейроны принадлежали к «ганглию дорзального корешка». Это связка нейронов, которая связывает спинной мозг с периферической нервной системой. Каждая из расположенных там клеток имеет по два аксона: центральный и периферический. Периферический аксон может регенерироваться после повреждения. Давно известно, что центральный аксон также может отрастать заново; но только если его периферический аналог ранее был поврежден.«Почему последовательность такая, до сих пор точно не известно», — сказал Брадке. «Мы рассмотрим это в будущем».

Вклад в фундаментальные исследования

Шаг за шагом боннские ученые пытаются понять, что заставляет нейроны расти и восстанавливаться. Это длительный процесс. Таким образом, Брадке снижает ожидания быстрого прогресса в лечении травм спинного мозга. «Мы проводим исследования, чтобы заложить основу для будущих методов лечения. Но, к сожалению, вы должны набраться терпения, пока не разовьются новые подходы к лечению.«Это долгий путь», — сказал он.

При повреждении мозг взрослого человека восстанавливается, возвращаясь к началу — ScienceDaily

Когда клетки мозга взрослого человека повреждаются, они возвращаются в эмбриональное состояние, согласно новым результатам, опубликованным в выпуске журнала Nature от 15 апреля 2020 г. исследователями из Медицинской школы Сан-Диего Калифорнийского университета и другими коллегами. Ученые сообщают, что в своем недавно принятом незрелом состоянии клетки становятся способными восстанавливать новые связи, которые при правильных условиях могут помочь восстановить утраченные функции.

Восстановление повреждений головного и спинного мозга может быть самой сложной задачей медицинской науки. До относительно недавнего времени это казалось невыполнимой задачей. Новое исследование излагает «транскрипционную дорожную карту регенерации в мозге взрослого человека».

«Используя невероятные инструменты современной нейробиологии, молекулярной генетики, вирусологии и вычислительные мощности, мы впервые смогли определить, как весь набор генов в клетке мозга взрослого человека сбрасывается, чтобы регенерировать.Это дает нам фундаментальное представление о том, как происходит регенерация на уровне транскрипции », — сказал старший автор Марк Тушински, доктор медицинских наук, профессор нейробиологии и директор Института трансляционной нейробиологии Медицинской школы Калифорнийского университета в Сан-Диего.

Используя мышиную модель, Тушинский и его коллеги обнаружили, что после травмы зрелые нейроны во взрослом мозге возвращаются в эмбриональное состояние. «Кто бы мог подумать, — сказал Тушинский. «Всего 20 лет назад мы думали о мозге взрослого человека как о статическом, окончательно дифференцированном, полностью сформировавшемся и неизменном.«

Но работа Фреда «Расти» Гейджа, доктора философии, президента и профессора Института биологических исследований Солка, адъюнкт-профессора Калифорнийского университета в Сан-Диего и других обнаружила, что новые клетки мозга постоянно производятся в гиппокампе и субвентрикулярной зоне, пополняясь эти области мозга на протяжении всей жизни.

«Наша работа еще больше радикализирует эту концепцию», — сказал Тушинский. «Способность мозга восстанавливать или заменять себя не ограничивается только двумя областями. Вместо этого, когда взрослая клетка коры головного мозга повреждается, она возвращается (на уровне транскрипции) к эмбриональному кортикальному нейрону.И в этом возвращенном, гораздо менее зрелом состоянии он теперь может заново вырастить аксоны, если ему будет предоставлена ​​среда для роста. На мой взгляд, это самая примечательная особенность исследования, которая просто шокирует ».

Чтобы создать «благоприятную среду для возобновления роста», Тушинский и его коллеги исследовали, как поврежденные нейроны реагируют на травму спинного мозга. В последние годы исследователи значительно расширили возможности использования трансплантированных нервных стволовых клеток для стимулирования восстановления после травмы спинного мозга и восстановления утраченной функции, по существу, путем побуждения нейронов к распространению аксонов через место повреждения и повторному соединению поврежденных нервов.

В прошлом году, например, многопрофильная группа под руководством Коби Коффлера, доктора философии, доцента нейробиологии, Тушинского, и Шаочена Чена, доктора философии, профессора наноинженерии и преподавателя Института инженерии в медицине Калифорнийского университета в Сан-Диего , описано использование имплантатов, напечатанных на 3D-принтере, для стимулирования роста нервных клеток при травмах спинного мозга у крыс, восстановления соединений и утраченных функций.

Последнее исследование произвело второй сюрприз: в стимулировании роста и восстановления нейронов один из основных генетических путей включает ген Хантингтина (HTT), который при мутации вызывает болезнь Хантингтона, разрушительное заболевание, характеризующееся прогрессирующим разрушением нервных клеток. в мозгу.

Команда Тушинского обнаружила, что «регенеративный транскриптом» — набор молекул матричной РНК, используемых кортикоспинальными нейронами, — это , поддерживаемый геном HTT, . У мышей, генетически модифицированных без гена HTT, при травмах спинного мозга наблюдалось значительно меньшее прорастание и регенерация нейронов.

«Несмотря на то, что было проделано много работы, чтобы понять, почему мутации Хантингтина вызывают заболевание, гораздо меньше известно о нормальной роли Хантингтина», — сказал Тушинский.«Наша работа показывает, что Хантингтин необходим для ускорения восстановления нейронов мозга. Таким образом, мутации в этом гене, как ожидается, приведут к потере взрослого нейрона для самовосстановления. Это, в свою очередь, может привести к медленной дегенерации нейронов, которая приводит к болезни Хантингтона ».

Команда Йельского университета нашла десятки генов, блокирующих регенерацию нейронов

Когда клетки центральной нервной системы в головном мозге и позвоночнике повреждены болезнью или травмой, они не регенерируют, что ограничивает способность организма к восстановлению.Напротив, периферические нервные клетки, которые обслуживают большинство других областей тела, обладают большей способностью к регенерации. Ученые на протяжении десятилетий искали молекулярные ключи к разгадке того, почему аксоны — нитевидные выступы, обеспечивающие связь между клетками центральной нервной системы — не могут восстанавливаться после инсульта, повреждения спинного мозга или черепно-мозговых травм.

В ходе массового скрининга 400 генов мышей исследователи Йельской школы медицины идентифицировали 40 генов, активно участвующих в подавлении регенерации аксонов в клетках центральной нервной системы.Отредактировав один из этих генов, они смогли восстановить аксоны в глазных нервах мышей, поврежденных глаукомой.

Выводы опубликованы 2 марта в журнале Cell Reports.

«Это открывает новую главу в исследованиях регенерации», — сказал Стивен Стритматтер, профессор неврологии Винсента Коутса и профессор нейробиологии и старший автор исследования.

Аксоны, идущие от глаза (слева) к головному мозгу (справа) в зрительном нерве после того, как нерв был раздавлен.В контрольном, необработанном случае (вверху) очень немногие нервные волокна успешно отрастают. После подавления интерлюкина-22 (Il22) в сетчатке многие другие аксоны могут регенерировать из-за травмы. (Изображение: лаборатория Strittmatter, Йель)

За последние несколько десятилетий Стритматтер и другие ученые обнаружили несколько генов, участвующих в подавлении регенерации клеток центральной нервной системы. Но появление РНК для подавления экспрессии генов и новых технологий редактирования генов, способных удалять отдельные гены и оценивать их функциональное влияние, позволило исследователям значительно расширить свои поиски других виновников.

Среди 400 генов-кандидатов, которые команда Йельского университета ранее идентифицировала в культурах корковых нейронов, они смогли показать, что один из 10 этих генов имеет прямое влияние in vivo на регенерацию аксонов в клетках центральной нервной системы мышей. Один из 40 исключенных генов кодирует регулятор иммунной системы, известный как интерлейкин-22. Они обнаружили, что устранение этого иммунного медиатора изменило экспрессию многих генов регенерации нейронов и значительно увеличило регенерацию аксонов в мышиных моделях глаукомы.

В будущих исследованиях будет изучено, как изменение или блокирование этих 40 генов может повлиять на восстановление нейронов, поврежденных в результате инсульта и травм головного и спинного мозга, сказал Стритматтер.