Исследователи представили революционное открытие: новый биомаркер, который предсказывает регенерацию нейронов ( нервных клеток) после травм.
Используя точность секвенирования одноклеточной РНК, ученые определили уникальные образцы генов внутри нейронов, заложив основу для передовых методов восстановления нервов. В центре внимания исследования был кортикоспинальный тракт, имеющий решающее значение для контроля движений и известный своим низким потенциалом регенерации.
Новый биомаркер, получивший название «Классификатор регенерации», поможет разработать новые методы лечения, хотя его клиническое применение остается отдаленной целью.
Новизна исследования
Нейроны, основные клетки, из которых состоит наш головной и спинной мозг, относятся к числу клеток, которые медленнее всего регенерируют после травмы, и многие нейроны не восстанавливаются полностью. Хотя ученые добились прогресса в понимании регенерации нейронов, остается неизвестным, почему некоторые нейроны регенерируют, а другие нет.
Используя секвенирование одноклеточной РНК — метод, который определяет, какие гены активируются в отдельных клетках, исследователи из Медицинской школы Калифорнийского университета (University of California San Diego School of Medicine) в Сан-Диего определили новый биомаркер, который можно использовать для прогнозирования, будут ли нейроны регенерировать после травмы.
Проверяя свое открытие на мышах, ученые обнаружили, что биомаркер неизменно надежен в нейронах нервной системы и на разных стадиях развития. Исследование было опубликовано в научном журнале Neuron.
«Технология секвенирования одиночных клеток помогает нам взглянуть на биологию нейронов гораздо более подробно, чем когда-либо было возможно, и это исследование действительно демонстрирует эту возможность», — комментирует автор исследования Биньхай Чжэн (Binhai Zheng), профессор кафедры нейронаук медицинской школы Калифорнийского университета в Сан-Диего. «То, что мы здесь обнаружили, может быть только началом нового поколения сложных биомаркеров, основанных на данных об отдельных клетках».
Исследователи сосредоточились на нейронах кортикоспинального тракта, важной части центральной нервной системы, которая помогает контролировать движения. После травмы эти нейроны с наименьшей вероятностью восстанавливают аксоны (длинные и тонкие структуры, которые нейроны используют для связи друг с другом). Вот почему травмы головного и спинного мозга настолько разрушительны.
«Если вы получите травму руки или ноги, эти нервы могут регенерировать, и зачастую возможно полное функциональное восстановление, но это не относится к центральной нервной системе», — добавляет автор исследования Хьюго Ким (Hugo Kim).
«Чрезвычайно трудно восстановиться после большинства травм головного и спинного мозга, потому что эти клетки имеют очень ограниченную регенеративную способность. Как только они уходят, они уходятвпервые отображает».
Исследователи использовали секвенирование одноклеточной РНК для анализа экспрессии генов в нейронах мышей с травмами спинного мозга. Ученые поощряли эти нейроны к регенерации, используя установленные молекулярные методы, но в конечном итоге это сработало только для части клеток. Эта экспериментальная установка позволила исследователям сравнить данные секвенирования регенерирующих и нерегенерирующих нейронов.
Кроме того, сосредоточив внимание на относительно небольшом количестве клеток — чуть более 300 — исследователи смогли очень внимательно изучить каждую отдельную клетку.
«Так же, как каждый человек индивидуален, каждая клетка имеет свою уникальную биологию», — объясняет Чжэн. «Изучение мельчайших различий между клетками может многое рассказать нам о том, как эти клетки работают».
Используя компьютерный алгоритм для анализа данных секвенирования, исследователи выявили уникальный образец экспрессии генов, который может предсказать, будет ли в конечном итоге регенерировать отдельный нейрон после травмы. Паттерн также включал некоторые гены, которые ранее никогда не участвовали в регенерации нейронов.
«Это похоже на молекулярный отпечаток пальца для регенерации нейронов», — добавил Чжэн.
Чтобы подтвердить свои выводы, исследователи протестировали этот молекулярный отпечаток, на 26 опубликованных наборах данных секвенирования одноклеточной РНК. Эти наборы данных включали нейроны из разных частей нервной системы и на разных стадиях развития.
Команда ученых обнаружила, что, за некоторыми исключениями, Классификатор регенерации успешно предсказал потенциал регенерации отдельных нейронов и смог воспроизвести известные тенденции из предыдущих исследований, такие как резкое снижение регенерации нейронов сразу после рождения.
«Проверка результатов на множестве наборов данных из совершенно разных направлений исследований говорит нам о том, что мы открыли что-то фундаментальное в биологии, лежащей в основе регенерации нейронов», — добавляет Чжэн. «Нам нужно проделать дополнительную работу, чтобы усовершенствовать наш подход, но я думаю, что мы столкнулись с закономерностью, которая может быть универсальной для всех регенерирующих нейронов».
Хотя результаты на мышах являются многообещающими, ученые предупреждают, что в настоящее время Классификатор регенерации является инструментом, помогающим исследователям-неврологам в лаборатории, а не диагностическим тестом для пациентов в клинике.
«До сих пор существует множество препятствий для использования секвенирования отдельных клеток в клиническом контексте, таких как высокая стоимость, сложность анализа больших объемов данных и, что наиболее важно, доступность интересующих тканей», — заключил Чжэн.
«На данный момент мы заинтересованы в изучении того, как мы можем использовать Классификатор регенерации в доклиническом контексте, чтобы предсказать эффективность новых регенеративных методов лечения и помочь приблизить эти методы лечения к клиническим испытаниям».
Авторы другого исследования разрабатывают новые методы регенерации нейронов после травмы спинного мозга
Невролог, мануальный терапевт, рефлексотерапевт АО «СЗЦДМ» (г. Санкт-Петербург), редактор и автор статей
Ведёт пациентов неврологического профиля с полным неврологическим осмотром, разработкой плана обследования и схемы лечения пациента (в остром периоде, на этапе реабилитации), динамическое наблюдение.
