Испытание различных методов лечения нейродегенеративных заболеваний проводят либо на генетически модифицированных мышах (модельных животных), либо на культурах клеток человека. Однако, положительные результаты, полученные при работе с животными, не гарантируют безопасность и эффективность препарата для людей. Культивирование нейронов до состояния, сходного с состоянием клеток мозга у пациентов с нейродегенеративными заболеваниями, занимает значительное время. Эта проблема решается с помощью новой клеточной культуры, разработанной в США.
Многие нейродегенеративные заболевания развиваются вследствие дисфункции тау-белка ( MAPT) — тау-белок — ключевой элемент цитоскелета нейронов. Заболевания, связанные с аномалиями тау-белка, получили название таупатии. К ним относятся болезнь Альцгеймера, болезнь Пика, прогрессирующий надъядерный парез взора и кортикобазальная дегенерация.
Вследствие ряда факторов, в частности, возрастных изменений, в клетках наблюдается избыточное фосфорилирование тау-белка и его изоформ. В результате MAPT формирует не микротрубочки цитоскелета, а нейрофибриллярные клубки. Эти структуры постепенно нарушают нормальную жизнедеятельность нейронов и наряду с прочими патологическими изменениями, которые зависят от конкретного заболевания, приводят к системной утрате функций нервной системы.
Изучение этих процессов затруднено из-за их продолжительности. В модельных организмах и культурах клеток человека формирование нейродегенеративных изменений занимает месяцы. Работать с мышами все еще приемлемо, поскольку ученые уже имеют опыт содержания выводков животных в различных стадиях готовности к экспериментам. Безусловно, это требует значительных затрат и усилий, а также следует учитывать, что результаты не всегда применимы к людям. Тем не менее, методика хорошо отработана и демонстрирует высокую эффективность.
Выращивание клеточной культуры, а также контроль и поддержание ее в заданных параметрах на протяжении длительного времени – это сложный и масштабный проект. Это особенно актуально, если речь идет о дорогих культурах человеческих стволовых клеток. Однако полученные результаты обладают значительно большей ценностью с медицинской точки зрения. В целом, универсального решения не существует, все существующие подходы имеют свои недостатки.
Есть еще одно ограничение: человеческие плюрипотентные стволовые клетки ( hiPSC), специализированные нейроны генерируют незначительное 4R-изоформ тау-белка. Для детального изучения патологических процессов, связанных с нейродегенеративными заболеваниями, они имеют особое значение. Если говорить проще, для разработки эффективных способов борьбы с таупатиями необходимо культивировать клетки в течение многих лет, а порой и десятилетий — иначе невозможно получить достаточное количество 4R-в нейронах попросту не может произойти накопление изоформ. Неизбежно, такой метод является чрезмерно сложным и затратным.
Необходимо использовать новую клеточную культуру с мутацией P301S в гене, отвечающем за выработку тау-белка. Это генетически модифицированные плюрипотентные стволовые клетки человека, специализированные в нейроны, которые вырабатывают повышенное количество MAPT. Они могут синтезировать требуемое количество различных форм данного белка, включая 4R, за считанные недели.
Чтобы повысить эффективность, американские ученые применили CRISPR-чтобы понять механизм интерференции, заключающийся в селективном «выключении» генов, ученые провели скрининг тысяч генов и оценили их влияние на синтез тау-белка. В результате работы было выделено 500 генов, оказывающих воздействие на этот процесс.
В рамках представленной научной работы одним из многообещающих открытий является установление роли белка UFM1, а точнее — каскада его взаимодействий с другими молекулами в нейронах. В мозге умерших пациентов с болезнью Альцгеймера ранее были выявлены отклонения в функционировании» UFM1, однако данный процесс не исследовался детально. В настоящее время ученые смогли наглядно продемонстрировать, что для замедления распространения тау-белков внутри клетки достаточно подавить активность соответствующего энзима UFM1-каскада.
Специалисты из Медицинского колледжа Вейля Корнеллского университета создали новую клеточную культуру ( Weill Cornell Medicine) при участии коллег из передовых научно-исследовательских и медицинских центров США и Канады. В научной работе подробно описана методика создания новой клеточной культуры человеческих нейронов, представлены результаты экспериментов, направленных на поиск целей для терапии нейродегенеративных заболеваний опубликована в рецензируемом журнале Cell.