Ученые Cedars-Sinai (Лос-Анджелес, Калифорния) создали карманную модель бокового амиотрофического склероза (БАС). Эта инновация на основе стволовых клеток воспроизводит ранние стадии спорадической формы болезни, составляющей 95% случаев. Модель уникально имитирует дыхание и ток жидкости, как в человеческой ткани, предлагая более точный инструмент для поиска терапий.
БАС разрушает моторные нейроны спинного мозга и головного мозга, прерывая сигналы к мышцам. Это ведет к слабости, параличу, проблемам с речью, глотанием и дыханием. Новая модель использует кровь пациентов с ранним началом БАС (моложе 45 лет) и здоровых доноров. Клетки перепрограммировали в индуцированные плюрипотентные стволовые клетки (иПСК), а затем дифференцировали в спинальные мотонейроны и клетки, подобные гематоэнцефалическому барьеру (ГЭБ).
На базе чипа Emulate исследователи Cedars-Sинай разместили нейроны и ГЭБ-клетки в отдельных каналах, разделенных пористой мембраной. Питательная жидкость постоянно протекала через камеры, создавая динамическую среду, напоминающую кровоток. Эта система поддерживала клетки жизнеспособными около месяца, улучшая их созревание по сравнению со статичными моделями. «Старые модели были статичны, как чашка Петри. Они не могли различить клетки БАС и здоровые», — поясняет соавтор исследования Клайв Свендсен, исполнительный директор Института регенеративной медицины Cedars-Sinai.
Динамический поток — ключевое преимущество. «Он улучшает здоровье нейронов и их созревание, позволяя уловить ранние сигналы БАС, которые иначе трудно обнаружить», — отмечает независимый эксперт, невролог Кимберли Идоко (медицинский директор Everwell Neuro). Анализ активности более 10 000 генов выявил в нейронах БАС-чипа аномальную передачу сигналов глутамата — главного возбуждающего нейромедиатора. Активность генов глутаматных рецепторов повысилась, а генов рецепторов ГАМК (тормозного медиатора) — снизилась. Видимой гибели нейронов на этой ранней стадии не наблюдалось. «Эта гиперактивность, возможно, запускает дегенерацию позже», — предполагает Свендсен.
Находка подтверждает давнюю теорию о роли избытка глутамата в повреждении нейронов при БАС и объясняет механизм действия препарата рилузол (блокатор глутамата). Она дает представление о самых начальных молекулярных изменениях до появления симптомов. Исследование опубликовано 3 июля в журнале Cell Stem Cell. Модель имеет ограничения: отсутствуют глиальные клетки (важные при БАС) и не воспроизводится поздняя стадия дегенерации. Однако, по мнению Идоко, она уже полезна для доклинического скрининга лекарств, например, изучения их проникновения через ГЭБ.
Команда Свендсена планирует поддерживать клетки в чипе до 100 дней, добавить мышечные клетки для моделирования атрофии и создать варианты с большей гибелью нейронов. Это поможет точнее отслеживать прогрессирование БАС и тестировать методы лечения. Данная технология присоединяется к ряду разработок «орган-на-чипе», включая «влагалище-на-чипе», искусственно выращенные органы и «сердце-на-чипе», исследуя потенциал миниатюрных систем в медицине.
Изображение носит иллюстративный характер
БАС разрушает моторные нейроны спинного мозга и головного мозга, прерывая сигналы к мышцам. Это ведет к слабости, параличу, проблемам с речью, глотанием и дыханием. Новая модель использует кровь пациентов с ранним началом БАС (моложе 45 лет) и здоровых доноров. Клетки перепрограммировали в индуцированные плюрипотентные стволовые клетки (иПСК), а затем дифференцировали в спинальные мотонейроны и клетки, подобные гематоэнцефалическому барьеру (ГЭБ).
На базе чипа Emulate исследователи Cedars-Sинай разместили нейроны и ГЭБ-клетки в отдельных каналах, разделенных пористой мембраной. Питательная жидкость постоянно протекала через камеры, создавая динамическую среду, напоминающую кровоток. Эта система поддерживала клетки жизнеспособными около месяца, улучшая их созревание по сравнению со статичными моделями. «Старые модели были статичны, как чашка Петри. Они не могли различить клетки БАС и здоровые», — поясняет соавтор исследования Клайв Свендсен, исполнительный директор Института регенеративной медицины Cedars-Sinai.
Динамический поток — ключевое преимущество. «Он улучшает здоровье нейронов и их созревание, позволяя уловить ранние сигналы БАС, которые иначе трудно обнаружить», — отмечает независимый эксперт, невролог Кимберли Идоко (медицинский директор Everwell Neuro). Анализ активности более 10 000 генов выявил в нейронах БАС-чипа аномальную передачу сигналов глутамата — главного возбуждающего нейромедиатора. Активность генов глутаматных рецепторов повысилась, а генов рецепторов ГАМК (тормозного медиатора) — снизилась. Видимой гибели нейронов на этой ранней стадии не наблюдалось. «Эта гиперактивность, возможно, запускает дегенерацию позже», — предполагает Свендсен.
Находка подтверждает давнюю теорию о роли избытка глутамата в повреждении нейронов при БАС и объясняет механизм действия препарата рилузол (блокатор глутамата). Она дает представление о самых начальных молекулярных изменениях до появления симптомов. Исследование опубликовано 3 июля в журнале Cell Stem Cell. Модель имеет ограничения: отсутствуют глиальные клетки (важные при БАС) и не воспроизводится поздняя стадия дегенерации. Однако, по мнению Идоко, она уже полезна для доклинического скрининга лекарств, например, изучения их проникновения через ГЭБ.
Команда Свендсена планирует поддерживать клетки в чипе до 100 дней, добавить мышечные клетки для моделирования атрофии и создать варианты с большей гибелью нейронов. Это поможет точнее отслеживать прогрессирование БАС и тестировать методы лечения. Данная технология присоединяется к ряду разработок «орган-на-чипе», включая «влагалище-на-чипе», искусственно выращенные органы и «сердце-на-чипе», исследуя потенциал миниатюрных систем в медицине.
