Ученые создали нейроны с симптомами болезни Паркинсона из клеток кожи пациента

Исследователи из Медицинской школы Стэнфордского университета получили нейроны из кожи женщины с генетической формой болезни Паркинсона и показали, что они воспроизводят ключевые особенности заболевания в чашке Петри. Ученые надеются использовать эти нейроны для изучения расстройства и тестирования возможных методов лечения. Такой инструмент критически важен, поскольку хороших животных моделей для болезни Паркинсона не существует. Это также подтверждает использование индуцированных плюрипотентных стволовых клеток (iPS-клеток) для моделирования различных заболеваний.

"Теперь, когда мы видим, что эти нейроны проявляют некоторые из самых ранних признаков расстройства, мы можем начать разрабатывать методы скрининга факторов, которые могли бы их защитить", — сказала Рене Рейо Пера, PhD, директор Центра исследований и образования в области человеческих эмбриональных стволовых клеток Стэнфорда и соавтор исследования, которое появится в мартовском выпуске Cell Stem Cell.

iPS-клетки создаются путем трансформации кожи или других специализированных клеток, чтобы они выглядели и вели себя как эмбриональные стволовые клетки. Многие ученые и политики надеялись, что эти клетки, которые можно создавать без использования человеческих эмбрионов, смогут заменить свои более этически проблемные аналоги.

Однако недавние исследования из Стэнфорда и других мест начали выявлять значительные различия между двумя классами стволовых клеток, которые ставят под сомнение способность iPS-клеток полностью заменить эмбриональные. Вместо этого многие исследователи считают, что истинная сила iPS-клеток может заключаться в их способности создавать для изучения специфичные для заболевания клеточные линии от пациентов с различными расстройствами — что было бы трудно сделать с эмбриональными стволовыми клетками.

Доцент нейрохирургии Тео Палмер, PhD, является другим старшим автором этой новой работы; исследование проводилось в лабораториях как Палмера, так и Рейо Пера, который также является профессором акушерства и гинекологии.

"Это первый случай, когда нейроны пациента с болезнью Паркинсона проявили признаки заболевания в чашке Петри", — сказал Палмер. — "Это дает подсказки, что искать у пациентов с разными генетическими мутациями или у тех, где причина не установлена. Сравнивая нейроны от пациентов с разными формами болезни Паркинсона, мы можем найти общие черты или различия, которые помогут оптимизировать будущее лечение для каждого пациента".

Болезнь Паркинсона — это нейродегенеративное расстройство, вызывающее постепенную потерю определенного типа нейронов в центральной нервной системе. По мере потери нейронов пациент начинает испытывать тремор, трудности с движением и ригидность, которые являются отличительными чертами состояния. Оно затрагивает около 1% людей старше 65 лет и около 5% тех, кто старше 85. В настоящее время не существует способа остановить прогрессирование болезни, хотя некоторые лекарства могут помочь пациентам с болезнью Паркинсона управлять симптомами в течение нескольких лет. Большинство случаев болезни Паркинсона возникают спорадически, но некоторые (от 0,5% до примерно 8%) вызваны генетической мутацией.

Исследователи выбрали для сбора клеток кожи 60-летнюю женщину с генетической формой болезни Паркинсона, рассудив, что у них будет больше шансов воспроизвести признаки расстройства с ее клетками, чем с клетками кого-то со спорадической формой.

Ученые направили iPS-клетки пациента на развитие в тип нейронов, которые отмирают при болезни Паркинсона. Сначала нейроны выглядели и действовали нормально: они могли генерировать электрические сигналы, производили и секретировали сигнальную молекулу дофамин, а их профили экспрессии генов со временем имитировали профили нейронов, созданных из "нормальных" iPS-клеток.

Однако после примерно 30–60 дней культивирования нейроны от пациента с болезнью Паркинсона начали проявлять некоторые необычные характеристики. Они экспрессировали более высокие уровни генов для белков, необходимых для борьбы с окислительным стрессом, и производили повышенные уровни белка, вовлеченного в образование аномальных скоплений белка, называемых тельцами Леви, которые обнаруживаются в нейронах людей с болезнями Паркинсона и Альцгеймера. Окислительный стресс ранее ассоциировался с болезнью Паркинсона.

"Нам нужно было подвергнуть клетки стрессу с помощью экзогенных факторов, чтобы вызвать фенотип, связанный с заболеванием", — сказал Байерс.

Исследователи пришли к выводу, что нейроны от пациента с болезнью Паркинсона, по-видимому, воспроизводят многие общие черты расстройства, но в гораздо более короткие сроки.

"Болезни Паркинсона требуются десятилетия, чтобы проявиться в виде клинических симптомов у пациентов, поэтому мы беспокоились о том, как быстро эти клетки изменятся в культуре", — сказал Байерс. — "Нам нужно было иметь возможность выявить аномальные характеристики клеток в разумные сроки, чтобы понять, что заставляет пораженный нейрон деградировать. Как оказалось, чашка Петри — довольно стрессовое место для клетки. Эта среда в сочетании с добавлением селективно токсичных химических агентов, вероятно, ускоряет видимые признаки расстройства. Также вероятно, что в организме существуют врожденные механизмы, защищающие от этих изменений и вызывающие более затяжное течение болезни".

Исследователи теперь планируют начать тестирование различных соединений, чтобы увидеть, могут ли они защитить нейроны. Они также исследуют, могут ли они увидеть аналогичные признаки заболевания в нейронах, полученных из iPS-клеток пациентов с негенетической формой расстройства.