Znanstveniki so iz matičnih celic vzgojili več kot 400 vrst živčnih celic

Živčne celice niso le živčne celice. Če jih pogledate dovolj podrobneje, najnovejše ocene kažejo, da je v človeških možganih več sto ali celo več tisoč različnih vrst živčnih celic. Te vrste se razlikujejo po svojih funkcijah, številu in dolžini svojih odrastkov ter načinu medsebojne povezave. V sinapse sproščajo različne nevrotransmiterje in odvisno od področja možganov – na primer možganske skorje ali srednjih možganov – so aktivne različne vrste celic.

Ko so znanstveniki za poskuse gojili živčne celice iz matičnih celic v petrijevkah, niso mogli pojasniti vse te raznolikosti. Do nedavnega so raziskovalci razvili metode za gojenje le nekaj deset različnih vrst živčnih celic in vitro. Za to so uporabili pristope genskega inženiringa ali dodali signalne molekule za aktiviranje specifičnih znotrajceličnih signalnih poti. Vendar se nikoli niso približali temu, da bi zajeli raznolikost stotin ali tisočev različnih vrst živčnih celic, ki obstajajo v telesu.

»Nevroni, pridobljeni iz matičnih celic, se pogosto uporabljajo za preučevanje bolezni. Vendar so raziskovalci do sedaj pogosto prezrli, s katerimi vrstami nevronov delajo,« pravi Barbara Treutlein, profesorica na Oddelku za biosistemske znanosti in inženirstvo na ETH Zürich v Baslu.

Vendar pravi, da to ni najboljši pristop k takšnemu delu.

"Če želimo razviti celične modele za preučevanje bolezni in motenj, kot so Alzheimerjeva bolezen, Parkinsonova bolezen in depresija, moramo upoštevati specifično vrsto živčnih celic, ki sodelujejo v patološkem procesu."

Sistematično presejanje kot ključ do uspeha

Treutleinova in njena ekipa sta uspešno proizvedla več kot 400 različnih vrst živčnih celic, kar je utrlo pot natančnejšim temeljnim nevrološkim raziskavam z uporabo celičnih kultur.

Znanstveniki ETH so to dosegli z delom s kulturo človeških pluripotentnih matičnih celic, pridobljenih iz krvnih celic. V teh celicah so gensko spremenjene nekatere nevronske regulatorne gene in celice obdelali z različnimi morfogeni – posebnim razredom signalnih molekul. Treutleinova ekipa je uporabila sistematičen pristop: sedem morfogenov v različnih kombinacijah in koncentracijah v svojih presejalnih poskusih. To je na koncu dalo skoraj 200 različnih sklopov eksperimentalnih pogojev.

Morfogeni

Morfogeni so signalne snovi, znane iz študij embrionalnega razvoja. V zarodku so neenakomerno porazdeljene in v različnih koncentracijah tvorijo prostorske gradiente. Tako določajo položaj celic v zarodku – na primer, ali je celica bližje telesni osi ali se nahaja na hrbtu, na trebuhu, v predelu glave ali trupa. Morfogeni torej pomagajo določiti, katere strukture se bodo oblikovale v različnih delih telesa.

Znanstveniki so z različnimi analitičnimi tehnikami pokazali, da jim je v poskusu uspelo pridobiti več kot 400 različnih vrst živčnih celic. Preučevali so RNK (in s tem genetsko aktivnost) na ravni posameznih celic, pa tudi videz in delovanje celic, na primer, katere vrste celičnih procesov so imele in katere električne živčne impulze so oddajale.

Raziskovalci so nato svoje podatke primerjali s podatki iz podatkovnih baz nevronov v človeških možganih. To jim je omogočilo, da so določili vrste živčnih celic, ki so nastale, kot so celice perifernega živčnega sistema ali možganske celice, pa tudi področje možganov, iz katerega izvirajo, in za kaj so te celice odgovorne – zaznavanje bolečine, mraza, gibanja itd.

In vitro nevroni za iskanje aktivnih snovi

Treutlein je dejal, da so še daleč od tega, da bi lahko in vitro proizvedli vse vrste živčnih celic, ki obstajajo v telesu. Vendar pa imajo raziskovalci zdaj dostop do veliko več različnih vrst celic kot prej.

Nevrone, vzgojene in vitro, želijo uporabiti za razvoj celičnih modelov za preučevanje resnih nevroloških bolezni, vključno s shizofrenijo, Alzheimerjevo boleznijo, Parkinsonovo boleznijo, epilepsijo, motnjami spanja in multiplo sklerozo. Takšni celični modeli so zelo zanimivi tudi za farmacevtske raziskave, saj omogočajo testiranje učinkov novih aktivnih spojin v celičnih kulturah brez uporabe živali, s končnim ciljem, da se nekega dne naučijo, kako te bolezni pozdraviti.

V prihodnosti bi lahko te celice uporabili tudi za celično nadomestno terapijo, pri kateri se obolele ali odmrle možganske živčne celice nadomestijo z novimi človeškimi celicami.

Preden pa se to lahko zgodi, je treba rešiti težavo: raziskovalci so v svojih poskusih pogosto ustvarili mešanico več različnih vrst živčnih celic. Zdaj delajo na optimizaciji metode, tako da bi vsak poskusni pogoj ustvaril le eno specifično vrsto celic. Že imajo nekaj začetnih idej, kako to storiti.