Гел превръща астроцитите в неврони и помага в битката срещу Алцхаймер

Изследователи от Университета на Южна Каролина откриват начин да превърнат астроцитите (звездовидни клетки, които са най-разпространения вид глиални клетки в мозъка) в неврони. Тъй като астроцитите са в изобилие в мозъка, те потенциално биха могли да се превърнат в резервен източник при заболявания като болестта на Алцхаймер, например.

Предисторията

Настоящото изследване е свързано с няколко предишни. Първото от тях е от 2020-а. Според него елиминирането на протеина PTBP1, който е ключов за развитието на астроцитите, може да ги превърне в неврони. Авторите му съобщават, че астроцитите в мозъка на мишка стават неврони, след като генът, кодиращ PTBP1 е премахнат.

Второто е от 2021 г. и противоречи на резултатите от първото, като учените предполагат, че новообразуваните неврони не могат да бъдат проследени до астроцити.

Проф. Пайшанг Шу от Университета на Южна Каролина и екипът му решават да разследват противоречието.

„Струваше ни се странно, че две групи хора са стигнали до различни заключения“, казва проф. Шу.

Изследването

Учените от Университета на Южна Каролина използват техниката Nano-Eraser. Тя е разработена през 2022 г. в лабораторията на проф. Пайшанг Шу. Целта е PTBP1 да бъде премахнат от астроцитите, но без да бъде редактиран нито един от техните гени. Екипът постига това като опакова антитяло, насочено към PTBP1, в полимерен гел.

Гелът помага на антитялото да премине през кръвно-мозъчната бариера, която предотвратява навлизането на определени вещества от кръвния поток в мозъка.

Когато достигне астроцитите в мозъка, антитялото се свързва с PTBP1 и задвижва вътрешния механизъм на клетката така, че да унищожи протеина.

„Невродегенеративните заболявания като болестта на Алцхаймер остават до голяма степен нелечими, тъй като мозъкът на възрастните няма капацитета да замести загубените неврони. Съществуващите терапии могат да забавят прогресията на заболяването, но не могат да възстановят увредените връзки. Тук представяме негеномна стратегия, базирана на биоматериали, която използва присъщата пластичност на астроцитите, за да регенерира функционални неврони директно в болния мозък. Нашата Nano-Eraser платформа доставя антитела чрез кръвно-мозъчната бариера и постига мощно, астроцитно-специфично вътреклетъчно разграждане на PTBP1 – молекулярната бариера за невронна идентичност“, пишат авторите в статията, публикувана в списанието Cell Biomaterials.

Първо екипът тества гела в човешки астроцити, отгледани в лаборатория. В продължение на дни учените наблюдават как астроцитите, които са изложени на въздействието на гела, започват да губят характерната си звездовидна форма. Постепенно започват да образуват аксони – нервните влакна, по които невроните изплащат съобщения. Протеините, които обикновено се намират в невроните, също повече в астроцитите.

По-късно клетките показват електрическа активност, която потвърждава допълнително, че те функционират подобно на невроните и могат да бъдат активирани синхронно.

Подобни са резултатите от гела и в миниатюрни модели на мозъка, отгледани от човешки стволови клетки.

На следващия етап от проучването учените тестват гела върху миши модели с болестта на Алцхаймер. Това са лабораторни мишки със загубени неврони, които развиват някои от характерните черти на болестта на Алцхаймер – възпаление, загуба на когнитивни функции и лепкави бучки от протеин в мозъка.

На тези мишки изследователите дават през осем дни две интравенозни дози от гела.

Резултатите

Поведенческите тестове през следващия един месец показват, че паметта на мишките се подобрява и те са в състояние да изградят по-добри гнезда, в сравнение с мишките, които не получават от гела. Според авторите това е индикация за подобрена поведенческа функция.

Когато по-късно изследват мозъците на мишките, получили гела, учените установяват, че плътността на техните неврони е увеличена, а нивата на възпалителните молекули намаляват.

„Наблюдавахме, че плътността на невроните се е увеличила, но все още не можем да изключим възможността някои други невронни стволови клетки също да са се превърнали в неврони“, признава проф. Шу.

Екипът на проф. Шу планира да проучи по-задълбочено превръщането на астроцитите при живи мишки преди да премине към клинични изпитвания с хора.

Доц. Кристиан Вран от Медицинския факултет на Харвард определя работата на колегите си като „интересен, интригуващ и иновативен подход“. Според нея най-важният резултат от проучването е, че екипът показва как гелът може да премине кръвно-мозъчната бариера.

„А това е важно при разработването на терапии за мозъка“, казва доц. Вран. Специалистката по неврология допълва, че са нужни допълнителни експерименти, за да се види дали даден астроцит в мозъка на мишката се е превърнал в неврон. „Всъщност много е важен въпросът, какво може да направи хронично намаленият PTBP1 в мозъка“, казва още доц. Вран.

Резултатите не са знак, че има открито лечение на болестта на Алцхаймер, а са потенциален нов подход за възстановяване на загубените нервни клетки при това чрез трансформацията на вече съществуващи в самия мозък клетки.