Чтобы сделать это открытие, исследователи успешно воссоздали живые ткани кровеносных сосудов и спинномозговых мотонейронов, которые управляют мышцами, вне тела, чтобы показать, как они взаимодействуют.«До сих пор люди думали, что эти кровеносные сосуды просто доставляют питательные вещества и кислород, удаляют отходы и регулируют кровоток. Мы показали, что помимо водопровода, они генетически взаимодействуют с нейронами», — сказал Сэмюэл Сансес, доктор философии, научный сотрудник Cedars- Синайский совет управляющих Институт регенеративной медицины. Он является первым автором исследования, опубликованного в журнале Stem Cell Reports.
Когда человеческому эмбриону исполняется около четырех недель, объяснил Сансес, новые кровеносные сосуды начинают окружать примитивный столб клеток, который в конечном итоге станет спинным мозгом. Под действием генов развития некоторые из этих клеток превращаются в двигательные нейроны спинного мозга.
Исследование показало, что клетки мельчайших кровеносных сосудов головного мозга, известных как капилляры, способны активировать эти гены, которые могут стимулировать рост и созревание спинномозговых мотонейронов.По словам Сансеса, помимо понимания биологии человека, исследование открыло новый путь к разгадке тайн таких расстройств, как БАС или болезнь Лу Герига. БАС — это прогрессирующее смертельное заболевание, которое приводит к гибели моторных нейронов. Нет никакого известного лекарства.
По данным Ассоциации БАС, более 6000 человек в США ежегодно диагностируются с этим заболеванием.«Что может пойти не так в спинномозговых нейронах, что приведет к гибели мотонейронов?» — спросил Сансес. «Если мы сможем смоделировать ткани отдельного пациента с БАС, мы сможем ответить на этот вопрос и однажды спасти нейроны пациентов с БАС с помощью новых методов лечения».Результаты исследования стали возможными благодаря уникальному сочетанию науки о стволовых клетках с технологией органов на кристалле, которая воссоздает биологию человека в микротехнической среде.
Исследователи Cedars-Sinai сначала взяли образцы клеток кожи взрослых и генетически перепрограммировали их в индуцированные плюрипотентные стволовые клетки, которые могут создавать любой тип клеток — в данном случае спинномозговые мотонейроны и выстилку капилляров головного мозга. Команда поместила эти элементы в крошечные каналы органных чипов, которые сделаны из гибкого полимера и имеют размер примерно с батарейки АА. В чипах, питаемых особыми жидкостями, клетки двух разных тканей процветали и взаимодействовали друг с другом.«Это исследование рассказало нам кое-что важное о том, как развиваются наши нейроны», — сказал Клайв Свендсен, доктор философии, профессор медицины и биомедицинских наук, директор Института регенеративной медицины Совета управляющих Cedars-Sinai и старший автор исследования.
В качестве следующего шага, добавил он, исследователи разрабатывают планы использования технологии чипов для сравнения взаимодействий сосуд-нейрон у пациентов с БАС с таковыми у людей без БАС.Исследование является частью новой программы Patient-on-a-Chip, совместной работы компаний Cedars-Sinai и Emulate Inc. в Бостоне, чтобы помочь предсказать, какое лечение заболевания будет наиболее эффективным, на основе генетической структуры пациента и варианта заболевания. Emulate производит органные чипы, используемые в программе.
Джеральдин А. Гамильтон, доктор философии, президент и главный научный сотрудник Emulate, является соавтором исследования спинномозговых мотонейронов.В феврале исследователи из двух организаций объявили, что они использовали Intestine-Chip для моделирования слизистой оболочки кишечника человека.
Программа Patient-on-a-Chip — важная инициатива компании Cedars-Sinai Precision Health, цель которой — стимулировать развитие новейших технологий и лучших исследований в сочетании с передовой клинической практикой, чтобы быстро открыть новую эру персонализированных здоровье.