Превращение одного типа клеток в другой, например, кожи в нейрон, требует промежуточной стадии. Сначала клетку кожи превращают в плюрипотентную стволовую клетку и только потом — в нейрон. Однако исследователи из MIT разработали упрощенный метод, который позволяет обойти стадию стволовой клетки. Они смогли получить из одной клетки кожи мыши более 10 нейронов. Если этот подход удастся адаптировать под человека, он позволит генерировать множество двигательных нейронов, которые помогут лечить травмы спинного мозга или заболевания, связанные с нарушением двигательных функций. Ученые уже показали, что такие нейроны можно пересаживать в мозг мышей, где они успешно интегрируются с тканями, пишет Хайтек+.
Почти 20 лет назад японские ученые обнаружили, что с помощью четырех транскрипционных факторов клетки кожи можно превратить в индуцированные плюрипотентные стволовые клетки (iPSCs). Эти клетки, как и эмбриональные, способны развиваться в разные типы тканей. Однако процесс занимает недели, и многие клетки так и не достигают зрелости. Одна из ключевых проблем — «застревание» клеток на промежуточных стадиях. Чтобы обойти это, исследователи используют метод прямой конверсии, превращая соматические клетки напрямую в нейроны, минуя стадию iPSC.
Ранее подобная прямая конверсия уже демонстрировалась, но ее эффективность была крайне низкой — менее 1%. В прошлых экспериментах ученые использовали комбинацию из шести факторов транскрипции и двух белков, стимулирующих деление клеток. Однако каждый из восьми генов доставлялся отдельным вирусным вектором, что осложняло контроль над их экспрессией.
В новой работе процесс удалось упростить: теперь для превращения клеток кожи в мотонейроны достаточно трех факторов транскрипции и двух генов, запускающих активное деление клеток.
Исследователи начали эксперименты с клетками мышей, используя шесть транскрипционных факторов. Постепенно исключая их по одному, они определили минимальную комбинацию из трех — NGN2, ISL1 и LHX3, — которая эффективно превращала клетки в нейроны. Эти три гена доставили с помощью одного модифицированного вируса, что позволило точно контролировать их экспрессию в клетках. Затем с использованием отдельного вируса команда добавила гены p53DD и мутировавший HRAS, которые заставляют клетки кожи активно делиться перед превращением в нейроны. В результате выход нейронов увеличился в 11 раз.
Ученые также создали слегка изменённую комбинацию транскрипционных факторов, которая позволяет напрямую превращать человеческие клетки в нейроны. Правда, эффективность ниже — от 10% до 30%. Зато процесс занимает около пяти недель, что быстрее, чем конверсия через стадию iPSC.
Вместе с коллегами из Бостонского университета ученые проверили, приживутся ли такие двигательные нейроны у мышей. Клетки ввели в полосатое тело — область мозга, отвечающую за контроль движений и другие функции. Через две недели многие нейроны прижились и начали формировать связи с другими клетками мозга. В лабораторных условиях эти клетки показали электрическую активность и кальциевую сигнализацию. Это подтвердило их способность взаимодействовать с другими нейронами. Теперь исследователи планируют изучить возможность пересадки таких нейронов в спинной мозг.
Команда MIT намерена улучшить конверсию человеческих клеток, чтобы получать больше нейронов для лечения травм спинного мозга и заболеваний вроде БАС. Уже идут клинические испытания с нейронами, созданными из iPSC.
