3D-печать против рассеянного склероза

3D-принтеры теперь умеют печатать не только сувениры, но даже нервную ткань, слой за слоем. Фото агентства «Москва»

Американская статистика свидетельствует, что только в США от повреждений спинного мозга страдают до 300 тыс. человек, к которым ежегодно присоединяются еще около 20 тыс. жертв. Но в последние годы наметился существенный прогресс в понимании молекулярных механизмов восстановления целостности нейрональных сетей.

Сотрудник Киотского университета Шинья Яманака, перебрав три десятка различных белков, выявил комбинацию четырех из них, которая позволила осуществить репрограммирование взрослых клеток, «приблизив» их к состоянию эмбриональных стволовых. Полученные таким образом клетки он назвал плюрипотентными, то есть способными давать практически все многообразие клеточных типов взрослого организма. За свое открытие японец был удостоен Нобелевской премии в области физиологии и медицины за 2012 год. Ученые и врачи увидели в его методе решение проблемы отторжения пересаженных органов и тканей (rejection). Ведь репрограммирование позволяет получить органы и ткани из клеток самого человека, которые иммунная система не принимает за чужеродные.

Использование нервных стволовых клеток (НСК), полученных из клеток кожи – фибробластов, – открыло новые перспективы и породило надежды помочь инвалидам-колясочникам. Однако первоначальные успехи в исследованиях на животных с экспериментальными нарушениями целостности путей, проходящих в спинном мозге, не привели к прорывным технологиям в лечении спинальников.

Препятствие к росту аксонов мотонейронов спинного мозга поначалу увидели в клетках соединительной ткани, подавляющих этот рост. Деление клеток соединительной ткани приводит к образованию рубца. Сквозь него нежные аксоны диаметром микрон-два просто не могут «пробиться» механически. К сожалению, и подавление соединительно-тканного разрастания существенно не помогает.

Вот почему внимание специалистов обратило на себя сообщение, пришедшее из Университета штата Миннесота в г. Миннеанаполисе. В работе американских ученых описывается 3D-принтер, способный печатать слой за слоем нервную ткань из всем знакомого силикона с добавкой нервных стволовых и глиальных клеток. Глия, клетки мозгового «клея», защищают нейроны от разного рода воздействий, принимая участие в формировании гемато-энцефалического барьера (ГЭБ) между кровью (гемой) и тканью мозга (энцефалона). Клетки микроглии защищают нервные клетки от гибели (нейродегенерации), а звездообразные клетки – астроциты – необходимы для нормальной функции синапсов, то есть контактных точек между нейронами.

Немаловажную роль выполняют и олигодендроциты, названные так за малое – «олиго» – число своих отростков. Они вырабатывают жироподобный миелин и, многократно оборачиваясь вокруг нервных отростков, образуют их миелиновую оболочку. Нарушение этой «изоляционной ленты» приводит к рассеянному склерозу, когда нейроны превращаются в склерозированные черные точки.

Преимущество нового подхода, разработанного в Миннеанаполисе, заключается в сочетании нейронов, полученных из нервных стволовых клеток, с защищающими их олигодендроцитами, поддерживающими жизнеспособность нежных нейронов. 3D-структура, полученная учеными из Миннесоты, состоит из «центров» клеточного развития размером 200 микрон, соединенных друг с другом каналами шириной 150 микрон. В своей статье, опубликованной в журнале Advanced Materials, биоинженеры подчеркивают, что «печатный» силикон обеспечивает клеткам необходимый для их роста и развития пространственный каркас. Такая поддержка гарантирует формирование работающей нейросети.

Комплекс нервных клеток и олигодендроцитов обеспечил функционально активное соединение аксонов между краями повреждения спинного мозга. По мнению авторов, их платформа может использоваться для разработки новых биомиметических каркасных моделей на основе гидрогелей. Это открывает перспективы моделирования сложной архитектуры мозговой ткани на основе предварительного их моделирования в лабораторных условиях. Без лишней скромности ученые пишут о том, что благодаря созданному 3D-устройству удается поддерживать жизнеспособность 75% нервных клеток.

Вполне возможно, что благодаря добавлению других типов глиальных клеток «выживаемость» нейронов можно поднять и еще больше.