Аксоны — нервные волокна — в центральной нервной системе (ЦНС) взрослого человека обычно не регенерируются после травмы или болезни, а это означает, что повреждение часто необратимо. Однако за последнее десятилетие был сделан ряд открытий, свидетельствующих о возможности стимулирования регенерации.
В исследовании, опубликованном в Nature Communications, ученые проверили, может ли ген, ответственный за производство протеина, известного как протрудин, стимулировать регенерацию нервных клеток и защищать их от гибели после травмы.
Команда, возглавляемая доктором Ричардом Евой, профессором Китом Мартином и профессором Джеймсом Фосеттом из Центра восстановления мозга Джона ван Геста при Кембриджском университете, использовала систему культивирования для выращивания клеток мозга в чашке. Затем они повредили аксоны с помощью лазера и проанализировали реакцию на это повреждение с помощью микроскопии живых клеток. Исследователи обнаружили, что увеличение количества или активности протрудина в этих нервных клетках значительно увеличивает их способность к регенерации.
Нервные клетки сетчатки, известные как ганглиозные клетки, распространяют свои аксоны от глаза до мозга через зрительный нерв, чтобы передавать и обрабатывать визуальную информацию. Чтобы выяснить, может ли протрудин стимулировать восстановление поврежденной ЦНС в интактном организме, исследователи использовали технику генной терапии, чтобы увеличить количество и активность протрудина в глазу и зрительном нерве. Когда они измерили степень регенерации через несколько недель после травмы зрительного нерва, обнаружилось, что протрудин позволил аксонам регенерировать на больших расстояниях. Они также обнаружили, что ганглиозные клетки сетчатки были защищены от гибели.
Исследователи показали, что этот метод может также помочь защитить от распространенного заболевания глаз — глаукомы. При нем зрительный нерв, соединяющий глаз с мозгом, постепенно повреждается. Это чаще всего связано с повышенным давлением внутри глаза. Если не провести своевременную диагностику, глаукома может привести к потере зрения. В Великобритании примерно один из 50 человек в возрасте старше 40 лет и каждый десятый человек в возрасте старше 75 лет страдают глаукомой.
Чтобы продемонстрировать защитный эффект протрудина от глаукомы, исследователи использовали целую сетчатку глаза мыши и вырастили ее в чашке для культивирования клеток. Обычно около половины нейронов сетчатки умирают в течение трех дней после ее удаления, но исследователи обнаружили, что увеличение или активация протрудина приводит к почти полной защите нейронов.
«Глаукома является одной из основных причин слепоты во всем мире. Причины ее возникновения полностью не изучены, но этой проблеме уделяется большое внимание. Наша стратегия основана на использовании генной терапии — подхода, который уже используется в клинической практике — для доставки протрудина в глаз. Возможно, наше лечение может получить дальнейшее развитие в качестве способа защиты нейронов сетчатки от гибели, а также стимулирования их аксонов к повторному росту. Важно отметить, что эти результаты потребуют дальнейших исследований, чтобы увидеть, можно ли их превратить в эффективные методы лечения людей».
Веселина Петрова, доктор отделения клинической неврологии Кембриджского университета, первый автор исследования.
Протрудин обычно находится внутри эндоплазматического ретикулума, крошечных структур внутри наших клеток. В этом исследовании команда показала, что эндоплазматический ретикулум, обнаруженный в аксонах, по-видимому, обеспечивает материалы и другие клеточные структуры, важные для роста и выживания, чтобы поддерживать процесс регенерации после травмы. Протрудин стимулирует транспортировку этих материалов к месту травмы.