2
11110

Нервные прогениторные клетки

Компас посвящен нервным прогениторным клеткам, их изучению и возможным перспективам использования

на сайте с 27 августа 2008

Прогениторные клетки в головном мозге

Мозг и обонятельная луковица О стволовых клетках (СК) и клетках-предшественниках написано очень много, в основном речь идет о гемопоэтических и мезенхимальных СК. О них в том числе вы можете прочитать здесь:

Стволовые клетки in vivo и in vitro.

Индуцированные плюрипотентные стволовые клетки.

Методы перепрограммирования соматических клеток.

Стволовые клетки, для чего они нужны.

Но наиболее приемлемым клеточным материалом для клинических трансплантации пациентам с заболеваниями нервной системы служат нейральные и, в первую очередь, аутологические стволовые и прогениторные клетки, поскольку использование аутологических клеток снижает риск иммунного отторжения трансплантата, исключает возможность переноса генетических дефектов, вирусных и прионных заболеваний. В этой связи, одной из задач фундаментальных нейробиологических исследований является поиск источников аутологических нейральных стволовых и прогениторных клеток. В последние годы такие исследования направлены на выделение этих клеток из структур обонятельной системы - обонятельного эпителия и обонятельной луковицы.

Обонятельный эпителий, периферический рецепторный отдел обонятельной системы, составляет относительно небольшую часть слизистой оболочки носа и локализован в верхних носовых ходах и верхних отделах носовой перегородки. Схема работы этой системы представлена на рисунке. Площадь обонятельного эпителия определяется значением обонятельной функции у различных представителей класса млекопитающих. Так, по литературным данным, площадь обонятельного эпителия человека равна 5-10 см2, в то время как у собак она составляет 170 см2. Клеточная структура обонятельного эпителия и подстилающего его слоя соединительной ткани (Lamina propria) сходны у всех млекопитающих.

Более тридцати лет назад, было установлено, что рецепторные нейроны обонятельного эпителия постоянно, в течение всей жизни млекопитающих, погибают, как позднее выяснилось, по механизмам апоптоза, и замещаются вновь образующимися клетками того же типа. Гибель рецепторных нейронов сопровождается дегенерацией аксонов этих клеток, которые окачиваются в поверхностных слоях обонятельной луковицы, где они образуют синаптические связи с концевыми ветвлениями митральных и пучковидных клеток в составе так называемых «гломерул». Начало новообразующимся рецепторным нейронам дают шаровидные и горизонтальные стволовые клетки, локализованные на границе обонятельного эпителия и Lamina propria.

В процессе формирования зрелых рецепторных нейронов шаровидные и горизонтальные стволовые клетки трансформируются в прогениторные клетки, которые проходят несколько последовательных стадий дифференцировки. При новообразовании рецепторных нейронов регенерирующие аксоны этих клеток полностью восстанавливают утраченные синаптические связи  при этом рост регенерирующих аксонов обеспечивают специфические обкладочные глиальные клетки, получившие в англоязычной литературе название Olfactory Ensheathing Сells (OECs). Эти клетки входят в состав обонятельного нерва и сопровождают его до окончания в наружных слоях обонятельной луковицы. OECs характеризующиеся фенотипическими и имуноцитохимическими признаками астроцитов и Шванновских клеток, продуцируют комплекс нейроростовых факторов и молекул клеточной адгезии, что и определяет их способность стимулировать рост регенерирующих аксонов. С начала 90-х гг. прошлого столетия трансплантацию культивируемых OECs начали использовать при травматических повреждениях и спинного мозга и периферических нервов. Результаты многочисленных экспериментальных и, в последние годы, единичных клинических исследований показали, что трансплантация культивируемых OECs или фрагментов ткани обонятельного эпителия сопровождается регенерацией и миелинизацией поврежденных аксонов спинальных трактов и частичным восстановлением нарушенных моторных, сенсорных и вегетативных функций. Однако в ряде исследований последних лет было установлено, что позитивные результаты таких трансплантаций обусловлены не только регенераторными потенциями ЕС, а также влиянием более сложного и многокомпонентного клеточного комплекса, включающего, помимо OECs, фибробласты обонятельного нерва, Шванновские клетки и, по всей видимости, стволовые и прогениторные клетки обонятельного эпителия.

В некоторых работах высказывается предположение о возможности использования аутологических стволовых и прогениторных клеток обонятельной луковицы для трансплантации и клеточной терапии головного и спинного мозга человека, несмотря на то, что их выделение требует нейрохирургического вмешательства. Надо признать, что это обстоятельство, наряду со сложностью получения культур стволовых и прогениторных клеток обонятельной луковицы, существенно ограничивает перспективы их клинического использования. Этих недостатков лишена другая структура обонятельной системы, а именно, обонятельный эпителий.

Стволовые клетки были выделены из обонятельного эпителия мышей, крыс и человека (в том силе при аутописии спустя 6-18 часов post mortem) и переведены в культуру. При культивировании клеток обонятельного эпителия пролиферирующие стволовые клетки образуют нейросферы, включающие, помимо собственно стволовых нейральных клеток, также и глиальные клетки. При клонировании и культивировании в монослое стволовые клетки нейросфер способны дифференцироваться в нервные и глиальные клетки. Опубликована работа, в которой показано, что трансплантация стволовых нейральных клеток обонятельного эпителия человека в поврежденный спинной мозг крыс сопровождается активация регенераторного роста аксонов спинальных трактов и частичным восстановлением нарушенных моторных и сенсорных функций.

Таким образом, не вдаваясь в детальный анализ проблем клеточной терапии нервной системы, можно заключить, что обонятельный эпителий является доступным и, возможно, на сегодняшний день, единственным источником аутологических нейральных стволовых, прогениторных и обкладочных глиальных клеток, трансплантация которых открывает новые перспективы в лечении травматических повреждений спинного мозга и периферических нервов, а также ряда дегенеративных заболеваний центральной нервной системы человека.

Известно, что обонятельная луковица является конечной инстанцией переднего миграционного пути, по которому мигрируют стволовые клетки перивентрикулярной зоны. Длительное время оставался неясным вопрос о том, являются ли стволовые клетки обонятельной луковицы взрослых млекопитающих, включая человека, собственными стволовыми клетками этой структуры или клетками, мигрировавшими из перивентрикулярной зоны. Ответ на этот вопрос был получен в исследовании Liu Z. и соавт (Liu Z et al, 2003). Введение бромодеоксиуридина (BrdU) позволило показать, что сердцевина обонятельной луковицы (olfactory bulb core) содержит собственные, постоянно пролиферирующие, мультипотентные стволовые и прогениторные клетки, которые при последующем культивировании дифференцируются в нейроны и глию. Интересно отметить, что, как показано в этом исследовании, при совместном культивировании с миобластами стволовые клетки обонятельной луковицы, дифференцированные в нейральном направлении, образуют зрелые нейромышечные синапсы.

Информация предоставлена базой данных по геронтологии http://gerontology-explorer.narod.ru

Культивирование и идентификация нейрвных стволовых клеток

Нервная стволовая клетка Китайские ученые из Zhujiang Hospital, Southern Medical University разработали метод для культивирования и идентификации нервных стволовых клеток (NSCs) из субвентирулярной зоны (SVZ) мозга взрослых мышей. NSCs изолировали из (SVZ) мозга взрослых мышей в культуре без сыворотки. Клонирование клеток и включение метки BrdU продемонстрировали способность клеток к пролиферации и самообновлению. Ученые использовали методы иммуноцитохимии для определения маркеров (специфических биологических меток), характерных для нервных стволовых клеток- нестина, SOX2, нейронального маркера Tuj1, астроцитарного маркера GFAP и маркер олигодендроцитов NG2. В результате- клетки удачно изолированы и при культивировании образовали нейросферы. NSCs экспрессировали нестин и SOX2 и дифференцировались в Tuj1-экспрессирующие нейроны, GFAP-экспрессирующие астроциты и NG2- экспрессирующие олигодендроциты. Это значит, что в лабораторных условиях эти искусственно вырощенные клетки развивались так, как положено в норме в живом организме. Из этого следует вывод, что разработан метод, с помощью которого обеспечивается простое и стабильное культивирование NSCs из NSCs взрослых мышей, следовательно есть хорошая основа для дальнейших исследований нервных стволовых и прогениторных клеток, которые приведут к получению клеток для клеточной терапии различных заболеваний.

Нейрогенез в зрелой обонятельной системе

Елена Лосева Особенность положения обонятельной луковицы на "входе" обонятельной системы обусловливает ее уязвимость для инфекции и токсических агентов, по сравнению с другими отделами мозга. Были обнаружены нейротропные вирусы, которые попадают в мозг именно через обонятельную луковицу. Есть данные, что микроскопическая токсическая пыль может попадать в мозг через обонятельную луковицу. Эти факторы повреждают мозг. Но первыми страдают именно клетки обонятельной луковицы. Хорошо известно, что нервные и глиальные прогениторные клетки постоянно развиваются из нервных стволовых клеток субвентрикулярной зоны взрослого мозга и мигрируют в обонятельную луковицу. Предполагается, что поврежденные и умершие клетки заменяются новыми, развивающимися из прогениторных клеток. Это имеет огромное значение в защите обонятельной луковицы от повреждающих факторов. Этому посвящена статья Елены Лосевой из Институт Высшей Нервной Деятельности и Нейрофизиологии Российской Академии Наук "Нейрогенез в зрелой обонятельной системе". Автора отмечает, что некоторые цитокины и хемокины могут регулировать различные этапы нейрогенеза (пролиферацию, миграцию и дифференцировку). Ученые предполагают, что постоянный нейрогенез в обонятельной системе- это один из древнейших защитных механизмов, т.к. сохранность сенсорных систем важна для жизни. Кроме того, отмечается дифференцировка существенной части прогениторных клеток в глию, в том числе макрофаги и микроглию, что создает дополнительный барьер для экзогенных агентов.
Надеемся, что это и подобные исследования прольют свет на механизмы восстановления повреждений в мозге и помогут найти средства для лечения различных заболеваний.

Hmga2-показатель молодости нервных клеток

Sean J. Morrison, Ph.D. Стволовые клетки находятся в организме всю жизнь, в различных тканях, подвергаясь делению для самоподдержания. Способность к самообновлению ухудшается с возрастом, частично из-за экспрессии опухолевого репрессора p16(Ink4a). Ученые из нескольких научных центров США провели работу под руководством Шона Мориссона (Sean J. Morrison) из Howard Hughes Medical Institute, в результате которой обнаружили, что регулятор транскрипции HMGA2 больше всего экспрессируется в фетальных (зародышевых) стволовых клетках, и его экспрессия снижается с возрастом (статья: "HMGA2 способствует самоподдержанию нервных стволовых клеток в клетках молодых, но не старых мышей с помощью подавления экспрессии p16(Ink4a) и p19(Arf)"). Это снижение частично связано с повышением экспрессии let-7b микроРНК, которая действует на HMGA2. HMGA2- дефицитные мыши демонстрировали уменьшение числа стволовых клеток и снижение способности к самоподдержанию в центральной и периферической нервных системах плода и молодых мышей, но не у старых мышей. Кроме того, экспрессия p16(Ink4a) и p19(Arf) также снижалась в HMGA2-дефицитных клетках плода  и молодых мышей, делеция p16(Ink4a) и/или p19(Arf) частично восстанавливает способность к самоподдержанию. Слишком сильная экспрессия let-7b снижает экспрессию HMGA2 и повышает экспрессию p16(Ink4a)/p19(Arf). Авторы пришли к выводу, что изменения в экспрессии HMGA2 и let-7b в процессе старения приводят к потере нервными стволовыми и прогениторными клетками своих способностей. Несомненно, что это исследование частично проливает свет на раскрытие процесса старения мозга и может помочь в поиске средства для регенерации клеток мозга в целях борьбы с заболеваниями и старением.

Упражнения вместо лекарств?

Возраст во многом определяет нейрогенеза в гиппокампе взрослых, т.к. пролиферация нервных стволовых и прогениторных клеток (NSCs) значительно снижается к среднему возрасту. В противоположность этому, известно усиление нейрогенеза в гиппокампе. Этому посвящена недавно вышедшая статья китайских ученых из National Cheng Kung University Medical College. Целью этого исследования было изучение влияния принудительных пробежек на беговой дорожке (т.е. физических нагрузок) на нейрогенез, что включает в себя:
1) пролиферация NSCs
2) рост аксона нервных прогениторных клеток
3) выживание нейронов в зубчатой извилине млекопитающих среднего возраста
Число делящихся и прогениторных клеток значительно снижается к среднему возрасту и поддерживается на низком уровне в течение всей жизни. 5 недель упражнений на беговой дорожке не только увеличили пролиферацию NSCs и число незрелых нейронов, а также способствует развитию и выживанию незрелых нейронов у мышей среднего возраста. Нейрогенные и нейротропные эффекты беговой дорожки не связано с уменьшением возраст-зависимого выведения кортикостерона сыворотки. Таким образом, 5 недель упражнений на беговой дорожке восстанавливает возраст-зависимое падение уровня нейротропных факторов и их рецепторов TrkB, которые обеспечивает дифференцировку и выживание нейронов. Авторы пришли к выводу, что обязательные упражнения настраивают содержание веществ в мозге таким образом, что микроокружение способствует пролиферации, выживанию и развитию нервных клеток. Возможно, это поможет разработке немедикаментозных средств для борьбы со старением мозга.

Мюллеровы клетки

Dr. rer. nat. Christian Morsczeck Мюллерова глия млекопитающих обладает свойствами прогениторных клеток для сетчатки и образует новые нейроны после повреждения. Немецкие ученые из Institute of Human Genetics, University of Regensburg Florian C, Langmann T, Weber BH и Morsczeck C провели исследование, в ходе которого они поместили Мюллеровы клетки в лабораторные условия для их дифференцировки в клетки сетчатки (статья). Мюллеровы клетки были выделены из мышиной сетчатки и пролиферирующие клетки поместили на среду с сывороткой. Для дифференцировки культивируемые клетки  поместили в другую среду (SRM) в разное время после выделения. Интересно, что клетки, которые пересносили из одной среды в другую раньше,чем другие, превращались в соединительную ткань и продуцировали белки внеклеточного матрикса и маркеры межклеточных контактов по-разному. В отличие от них, культура стареющих Мюллеровых клеток формировала в SRM нейросферы и были похожи на нервные прогениторные клетки. Эти нейросферы дифференцировались в нейроноподобные клетки после культивирования на ламин/орнитин-клеточном субстрате. Авторы пришли к выводу, что мышиные Мюллеровы клетки в зависимости от возраста клеток могут превращаться в клетки соединительной ткани или в нервные клетки. Возможно, это поможет в создании материала для клеточной терапии различных заболеваний, в том числе и возраст-ассоциированных.

В заключение

нейрон Некоторое время назад (в 2005-2006 годах) сообщалось о больших успехах в изучении нервных прогениторных клеток, американские ученые сообщали о том,что прогениторные клетки обонятельного эпителия являются прогениторными клетками, которые могут дать начало нервным клеткам всего мозга. Этому было посвящено огромное количество статей в знаменитом журнале Nature. Позднее было доказано, что эти клетки уже коммитированы для развития в клетки обонятельного эпителия, т.е. их судьба уже предопределена и ничем больше, кроме как обонятельным эпителием они быть не могут.
Кроме того, исследования ведутся на мышах, а нейрогенез у них и у людей значительно отличается.
Но несмотря на это, ученые продолжают исследования и поиск нервных прогениторных клеток. Основное значание уделяется перепрограммированию соматических клеток, которое даст возможность получать новые клетки из клеток самого пациента.
Перед учеными всего мира стоят различные научные задачи:
1) Поиск нервных стволовых и прогениторных клеток
2) Возможности получения нервных стволовых и прогениторных клеток различными биологическими методами
3) Поиск возможностей для перехода от исследований на мышах к исследованиям на людях
4)
Разработка методов для трансплантации этих клеток больным людям
5) Разработка клеточной терапии для лечения возраст-ассоциированных неврологических заболеваний, в том числе нейродегенеративных-болезни Альцгеймера, болезни Паркинсона и др.

После того, как ученые решат поставленные перед ними задачи, возможно будет найдено лекарство от старения.

26 ноября 2008 года

Комментарии

17 марта 2014 в 14:24
 
Сейчас думаю что Expression Engine — это наилучший движок http://lynxconcept.com/ для блогостроения из всех на данный момент. Этот веб сайт на нем написан?

Оставить комментарий

Поделиться с друзьями

Share on Twitter