Это вопрос, который, кажется, дает соблазнительную надежду тем, кто страдает нарушением зрения. Почему при повреждении зрительного нерва – в результате травмы или болезни – немногие из его нейронов выживают и еще меньше регенерируют?? Большинство увядают и умирают.
Новое исследование, проведенное учеными Гарварда, может указать на ответ.
Исследование, проведенное Джошуа Сэйнсом, Джеффом К. Тарр, профессор молекулярной и клеточной биологии и директор Центра исследований мозга, и Чжиган Хэ, профессор неврологии Бостонской детской больницы, первыми позволили исследователям взглянуть на нейроны, которые выживают, и на те, которые не находятся рядом. в попытке понять, что делают выжившие нейроны, а другие – нет. Исследование описано в статье от 18 марта в журнале Neuron.
"Возможность напрямую сравнивать успехи и неудачи у одного и того же животного… это будет большим подспорьем в понимании различий между этими клетками," Санес сказал. "Эти клетки удивительно похожи друг на друга, и тем не менее один тип выживает, а другие типы либо умирают, либо выживают, но не регенерируют."
Исследование выросло из комбинации двух центральных вопросов, заданных лабораторией Санеса и лабораторией Хэ.
"Нас интересует, как устроена сетчатка во время разработки," Санес объяснил. "В сетчатке около 100 различных типов клеток, и в процессе развития все они сортируются, образуя эти очень сложные цепи."
Используя различные методы, в том числе зеленый флуоресцентный белок, Санес и его коллеги смогли идентифицировать и отслеживать пути нейронных цепей в сетчатке, которые соединяют светочувствительные фоторецепторы с ганглиозными клетками сетчатки, обрабатывающими изображения.
С аксонами, которые проходят через зрительный нерв к остальной части мозга, ганглиозные клетки сетчатки играют решающую роль в обработке изображений. Ученые считают, что существует около 30 типов ганглиозных клеток сетчатки, каждый из которых выполняет определенную функцию – например, некоторые срабатывают, когда объекты движутся вверх, а другие распознают движение в любом направлении – для предварительной обработки визуальной информации до того, как она достигнет мозга.
Между тем, Хе и его коллеги уже давно использовали зрительный нерв в качестве модели для разработки вмешательств, которые могли бы побудить большее количество нейронов к регенерации после травмы.
"Если вы перережете нерв на периферии, например нерв в мышцу, аксоны довольно хорошо регенерируют и восстанавливают функцию," Санес сказал. "Но если разрезать аксоны в головном или спинном мозге, они не сработают. То же самое верно, если вы перережете зрительный нерв. Очень мало регенерации. Некоторые люди пытались изучить, что происходит не так, и можем ли мы заставить эти клетки регенерировать, с некоторым ограниченным успехом."
По словам Санеса, две команды начали сотрудничать с целью понять, будут ли нейроны отмирать равномерно при перерезании зрительного нерва или же определенные типы клеток с большей вероятностью выживут.
"Причина, по которой это было бы важно знать, заключается в том, что если бы это было последнее, то у нас был бы отличный способ сравнить тех, кто выжил, с теми, кто не выжил," он сказал. "И, по сути, мы обнаружили, что разные типы клеток умирают на очень, очень разных уровнях. Было несколько типов, в которых мы не видели ни одного выжившего, а другие, у которых выжило 80 процентов клеток."
Лаборатории Санеса и Хэ обнаружили, что среди наиболее вероятных выживших есть люди, известные как "альфа" клетки. Хотя изначально они составляют всего 5 процентов нейронов зрительного нерва, они составляют 20 процентов нейронов, которые выживают после того, как зрительный нерв перерезан. Далее исследователи показали, что альфа-клетки – это те, которые наиболее сильно реагируют на усилия, направленные на регенерацию аксонов через зрительный нерв. Для восстановления соединения глаза с мозгом после травмы потребуется регенерация.
Затем Санес и Хи нашли ключи, которые могут указывать на жизнестойкость альфа-клеток и их способность к регенерации. "Мы обнаружили, [что] они содержат белок под названием остеопонтин, который действует как фактор роста," Вменяемый сказал. "Недостаточно заставить их регенерировать, иначе они регенерируют без дополнительной помощи, но мы обнаружили, что если мы добавим остеопонтин обратно в сетчатку в больших количествах, это будет способствовать регенерации этих клеток."
По словам Санеса, исследователи также ввели второй фактор роста, называемый IGF-1, чтобы ускорить регенерацию нейронов. Позже тесты показали, что альфа-клетки содержат рецепторы фактора роста, который запускает сигнальный каскад в нейронах.
Хотя все еще остаются нерешенными вопросы о том, почему альфа-клетки выживают там, где другие не выживают, и можно ли стимулировать регенерацию других типов клеток, Сэйнс выразил осторожный оптимизм в отношении того, что проведение параллельных сравнений может однажды привести к успехам в восстановлении повреждений. Зрительный нерв.
"Еще многое предстоит узнать о том, как сделать другие типы клеток способными к регенерации," он сказал. "Хорошая новость в том, что мы знаем, как очищать эти типы клеток и другие типы ганглиозных клеток сетчатки и сравнивать их. Это проблеск надежды, но в прошлом были и другие проблески, которые не увенчались успехом, поэтому я думаю, что нам нужно быть осторожными."