Новая лабораторная модель БАС воспроизводит ключевые аспекты болезни
Новое открытие в области медицины может перевернуть подход к лечению бокового амиотрофического склероза (БАС) — тяжелого прогрессирующего заболевания, поражающего нервную систему. Ученые разработали миниатюрную модель этой болезни, которую называют "болезнь на чипе".
Эта инновационная платформа, созданная с использованием стволовых клеток, позволяет более точно воспроизводить ранние стадии БАС, открывая перспективы для создания новых методов терапии.
БАС характеризуется разрушением двигательных нейронов — клеток головного и спинного мозга, отвечающих за управление мышцами. В результате этого процесса человек теряет способность двигаться, говорить, глотать и дышать, что приводит к параличу и мышечной слабости.
В исследовании, опубликованном в одном из ведущих научных журналов, ученые представили модель спорадического БАС, который составляет до 95% всех случаев заболевания и возникает без явных генетических причин или семейной предрасположенности. Новая разработка превосходит предыдущие лабораторные модели, так как более точно имитирует начальные этапы болезни.
Для создания модели ученые собрали образцы крови у молодых пациентов с БАС, не достигших 45 лет, а также у здоровых мужчин, чьи клетки использовались для сравнения. Эти образцы были перепрограммированы в индуцированные плюрипотентные стволовые клетки, которые способны превращаться в любые типы клеток организма.
Затем из них были получены спинальные мотонейроны, которые при БАС подвергаются дегенерации, а также клетки, имитирующие гематоэнцефалический барьер — защитный слой, предотвращающий проникновение токсинов и микроорганизмов в мозг.
Модель, названная "чипом спинного мозга", состоит из двух камер, разделенных пористой мембраной. В одну камеру помещены нейроны, в другую — клетки барьера.
Через обе камеры циркулирует питательная жидкость, имитирующая кровоток, что позволяет поддерживать жизнеспособность клеток в течение месяца и ускоряет их созревание по сравнению с традиционными статичными моделями. Базовая технология чипа была разработана биотехнологической компанией, а затем адаптирована для изучения БАС в одной из лабораторий Лос-Анджелеса.
Ученые отметили, что предыдущие модели БАС, хотя и использовали стволовые клетки, не могли в полной мере воспроизвести динамику болезни из-за отсутствия циркуляции жидкости.
Новая платформа, напротив, позволяет выявить ранние различия между больными и здоровыми клетками, что ранее было невозможно. Один из авторов исследования подчеркнул, что их разработка создает лабораторную среду, максимально приближенную к реальным условиям человеческого организма, что открывает новые возможности для изучения болезни.
Анализ активности более чем 10 000 генов в клетках чипа выявил значительные аномалии в передаче сигналов глутамата — химического вещества, которое стимулирует нейроны к активности.
В нейронах с БАС наблюдалась повышенная активность генов, связанных с глутаматом, и снижение активности генов, отвечающих за торможение сигналов. Исследователи предположили, что такая повышенная возбудимость может быть предвестником дегенерации нейронов на более поздних стадиях болезни, хотя видимых признаков их гибели на ранних этапах не наблюдалось.
Эти данные подтверждают существующие теории о роли глутамата в развитии БАС и объясняют механизм действия одного из препаратов, используемых для лечения этого заболевания, который блокирует избыточную активность глутамата.
Несмотря на успех, модель имеет свои ограничения. Эксперты, не участвовавшие в исследовании, отметили, что в ней отсутствуют глиальные клетки, которые играют важную роль в прогрессировании БАС, а также не воспроизводятся поздние стадии болезни, связанные с массовой гибелью нейронов.
Тем не менее, платформа может быть полезна для раннего тестирования лекарств, особенно для изучения их способности преодолевать барьеры, подобные гематоэнцефалическому, что важно для подготовки к испытаниям на животных и людях.
В настоящее время ученые работают над усовершенствованием модели, чтобы продлить срок жизнеспособности клеток до 100 дней и добавить в нее другие типы клеток, например мышечные, которые также разрушаются при БАС. Исследователи выразили надежду, что в будущем их разработка позволит не только глубже понять механизмы болезни, но и протестировать новые методы лечения, способные замедлить или остановить ее развитие на самых ранних стадиях, до появления необратимых повреждений.
Уточнения
Боково́й (латера́льный) амиотрофи́ческий склеро́з — прогрессирующее, неизлечимое дегенеративное заболевание центральной нервной системы, при котором происходит поражение как верхних (моторная кора головного мозга), так и нижних (передние рога спинного мозга и ядра черепных нервов) двигательных нейронов, что приводит к параличам и последующей атрофии мышц.