Научная группа из Института цитологии (ИНЦ) РАН и Санкт-Петербургского политехнического университета (СПбПУ) Петра Великого смогла в 10 раз повысить продуктивность способа получения индуцированных нейронов взрослого человека. Разработанная методика сделает более доступными для фармацевтических компаний доклинические испытания потенциальных лекарственных соединений для терапии болезней Хантингтона, Альцгеймера и других нейродегенеративных заболеваний. Результаты исследования опубликованы в научном журнале International Journal of Molecular Sciences.
Болезнь Хантингтона является тяжелым нейродегенеративным заболеванием, которое постепенно проявляется во взрослом возрасте (30-50 лет) и поражает нервные клетки головного мозга (нейроны). Среди симптомов заболевания выделяются нарушения координации, речи, памяти и когнитивных способностей. Поэтому лечение болезни Хантингтона и других нейродегенеративных заболеваний, в том числе таких распространенных, как болезнь Альцгеймера, является одной из наиболее острых и социально значимых проблем для современной медицины.
Одним из факторов, который сдерживает развитие лекарственных препаратов для лечения нейродегенеративных заболеваний, является несовершенство клеточных моделей, которые используются в доклинических испытаниях. Так, модели на основе нейронов мышей для исследования потенциальных препаратов демонстрируют недостаточную информативность: соединения, которые демонстрируют лекарственный эффект на нейронах грызунов, часто оказываются бесполезными при испытаниях на человеке. А получение нейронов от самих пациентов в принципе невозможно.
Для получения нейронов человека сегодня применяются технологии репрограммирования и существует два способа. Первый путь связан с использованием стволовых клеток, и, хотя с его помощью можно получить много клеток, по своим свойствам они будут соответствовать «молодым» нейронам, у которых еще не в полной степени проявляются признаки нейродегенеративных заболеваний. А значит, испытывать на них лекарственные соединения затруднительно.
Второй метод основан на так называемом прямом репрограммировании. Он позволяет получать из фибробластов (клеток соединительной ткани человека) зрелые нейроны, у которых проявляются признаки нейродегенеративных заболеваний. Однако процесс репрограммирования характеризуется крайне высоким уровнем стресса для клеток и их высокой гибелью. Поэтому эффективность получения нейронов таким способом крайне низкая – всего около 3-10% от всех использованных фибробластов. При том, что длительность репрограммирования составляет более 30 дней.
«Мы разработали метод, который позволяет значительно повысить эффективность прямого репрограммирования фибробластов в зрелые нейроны. Количество нервных клеток человека, полученных с помощью нашего подхода, составляет до 80% от числа использованных фибробластов. В перспективе с помощью такой методики зрелые нейроны можно будет получать их различных типов клеток», – рассказывает научный сотрудник Центра клеточных технологий ИНЦ РАН Нина Красковская.
Научный сотрудник Центра клеточных технологий ИНЦ РАН Нина Красковская
Процесс создания нейронов из фибробластов состоит из нескольких этапов. Для изменения клеток в них вводится несколько генетических конструкций, а также применяются антибиотики. Эти действия вызывают сильный стресс в фибробластах, который приводит к их гибели.
Цель нового протокола (пошагового алгоритма действий) направлена на минимизацию стрессовых факторов для фибробластов. Ключевым условием для его применения является синхронизация клеток перед процедурой репрограммирования, когда все фибробласты начинают изменяться с определенной фазы деления. Кроме того, ученые предложили понизить концентрацию антибиотиков, а также вводить генетические конструкции в клетки постепенно. Протокол был отработан на практике в лаборатории, получение нейронов заняло около 40 дней.
«Наш протокол сделает более доступными для фармацевтических компаний клеточные модели на основе зрелых нейронов человека, на которых проводятся доклинические испытания потенциальных лекарственных препаратов для лечения нейродегенеративных заболеваний», – поясняет Нина Красковская.
Работа выполнена при финансовой поддержке РНФ (№ 22-75-00106 и № 22-15-00049). Клеточные линии для экспериментов были получены из научно-исследовательской базы «Коллекция культур клеток позвоночных», поддержанной Минобрнауки РФ (соглашение № 075-15-2021-683).
Информация и фото предоставлены пресс-службой Института цитологии РАН
Источник фото: Институт цитологии РАН