Габсанг Ли, доктор философии, доктор медицинских наук, руководивший исследованием, говорит, что его эксперименты были частично вдохновлены тем фактом, что многие многообещающие препараты не прошли клинические испытания из-за побочных эффектов нервной системы, включая повышение артериального давления. «Наша работа увеличивает вероятность того, что однажды мы сможем лучше предсказать, какие лекарства негативно повлияют на работу наших жизненно важных органов, просто протестировав их на выращенных в лаборатории клетках», — добавляет он.Краткое изложение результатов появится в Интернете 16 июня в журнале Cell Stem Cell.Симпатические нервные клетки являются частью так называемой симпатической нервной системы, которая более или менее автоматически активирует и регулирует дыхание, частоту сердечных сокращений, фокусировку зрения, пищеварение и реакцию страха.
Клетки соединяют мозг с глазами, кровеносными сосудами и большинством внутренних органов и редко подвержены влиянию сознательного мышления.Когда эти клетки активируются, они вызывают высвобождение сигнальных молекул, таких как норадреналин, которые делают такие вещи, как расширение зрачков и дыхательных путей легких, сужение кровеносных сосудов для повышения кровяного давления и увеличение частоты и силы сердцебиения. Неисправные симпатические нервные клетки могут способствовать развитию многих заболеваний, включая высокое кровяное давление и другие сердечные заболевания.Для своих экспериментов исследовательская группа Ли начала с человеческих эмбриональных стволовых клеток и iPS-клеток, а затем генетически модифицировала их, чтобы они светились зеленым, если были активированы определенные главные гены — простой визуальный признак того, что клетки становятся симпатическими нервными клетками.
Испытав несколько комбинаций химических веществ, команда в конечном итоге нашла рецепт, по которому стволовые клетки проходят через разные фазы созревания, аналогично тому, что происходит во время эмбрионального развития, чтобы стать симпатическими нервными клетками. Они сравнили белки, производимые клетками, и генерируемые ими электрические токи с известными паттернами симпатических и других нервных клеток и сообщили, что они действительно соответствовали тому, что обнаружено в обычных симпатических нервных клетках.
Чтобы выяснить, могут ли выращенные в лаборатории нервные клетки правильно сочетаться с клетками-мишенями и управлять их функционированием, исследователи вырастили их вместе с клетками сердечной мышцы из трех разных источников: новорожденных мышей, эмбриональных стволовых клеток мыши и человеческих iPS-клеток. Нервные клетки связаны с мышечными клетками из всех трех источников, хотя, когда команда добавила никотин для стимуляции нервных клеток, только мышечные клетки новорожденных мышей ответили более быстрым биением.
По словам Ли, этот результат требует дальнейшего изучения, но, возможно, это связано с тем, что некоторые мышечные клетки были слишком незрелыми.С другой стороны, говорит Ли, поскольку предыдущие исследования показали, что рабочие связи между нервными клетками и их тканями-мишенями могут помочь нервным клеткам созревать во время развития, команда исследовала нервные клетки, выросшие с клетками сердечной мышцы и без них. Как и предполагалось, симпатические нервы, выросшие с клетками сердечной мышцы, оказались более зрелыми, исходя из высвобождаемых ими белков, чем их сегрегированные аналоги.«Ключевой вопрос в области стволовых клеток заключается в том, как мы можем создать зрелые клетки любого типа в организме?» говорит Ли. «Теперь мы можем исключить из списка симпатические нервные клетки, хотя мы продолжим изучать процесс их созревания, чтобы выяснить, какие молекулярные изменения вызваны их связью с клетками сердца».
Его команда также проверит способность нервов соединяться с другими тканями-мишенями, такими как кровеносные сосуды и бурый жир, которые контролируются симпатической нервной системой и участвуют в таких заболеваниях, как высокое кровяное давление, диабет и ожирение. (Бурый жир помогает контролировать потребление калорий и температуру тела.) Ли говорит, что спаривание целевых тканей можно сочетать с изучением нервных клеток, полученных от пациентов с этими заболеваниями, чтобы узнать, как генетические ошибки разных пациентов влияют на функционирование нервов.Среди других авторов отчета — Йохан О, Гун-Сик Чо, Чжэ Ли, Инги Хонг, Ренджун Чжу, Мин-Чжон Ким, Ён Джун Ким, Эммануил Тампакакис, Лесли Тунг, Ричард Хуганир, Синьчжон Донг и Чулан Квон из группы Johns Hopkins. Медицинский факультет Университета.
Эта работа была поддержана грантами Робертсона-исследователя от Нью-Йоркского фонда стволовых клеток, Фонда исследования стволовых клеток Мэриленда (MSCRF / TEDCO) и Фонда медицинских исследований Адриенн Хелис Малвин.