Ці дослідники, які нарощують нерви

Коли аварія пошкоджує спинний мозок, ми можемо втратити використання кінцівок. Вчені знають, як відростити нервові волокна, але шлях до лікування залишається довгим.

Нейрохірург Алім-Луї Бенабід оголосив 29 червня, що щойно вперше встановив два імплантати в мозок молодої людини з квадриплегією. За словами засновника Clinatec, медичного дослідницького центру, розташованого в Греноблі, ці імплантати реєструватимуть електричну активність, яку генерує мозок пацієнта. Це перекладе комп'ютер для управління якорем, що дозволяє йому піднімати ноги. Таким чином, він зможе керувати цим екзоскелетом "за допомогою думки". Клінічне випробування, в якому взяли участь п’ять пацієнтів, з великою перспективою.

З тією ж надією на можливість паралізованим людям знову йти, інші вчені досліджують зовсім інший шлях. Вони шукають спосіб відновити пошкодження центральної нервової системи. Таким чином, кільком командам вдалося у своїх лабораторіях відростити нерви на кілька сантиметрів.

Ця робота відкриває перспективи для людей, які постраждали від хребта після аварії, а також для тих, хто постраждав після цереброваскулярної катастрофи (інсульту), що вплинула на ходьбу або мову, або тих, хто постраждав від глаукоми, захворювання зорового нерва. Однак ще потрібно подолати кілька труднощів, перш ніж ми одного разу зможемо розглянути можливість відновлення наших нервових волокон за наказом.

Ми відчуваємо і взаємодіємо з навколишнім світом через наші нейрони. Найвідоміші - це ті, що знаходяться в нашому мозку, але є й інші, які є у всьому тілі. Дійсно, саме завдяки цим дуже особливим клітинам ми можемо думати, відчувати біль, жар, вітер на обличчі, ходити, бігати або навіть контролювати функції нашого тіла, такі як серцебиття.

Ці нейрони мають довгі продовження, звані аксонами, які утворюють так звані "нерви". Аксони дозволяють нервовій системі зв’язуватися зі своїми цілями, якими є м’язи, судини або навіть кишечник, і керувати ними.

Одна нервова система здатна до регенерації, інша - ні

Але природа любить ускладнювати справи, людське тіло складається з двох нервових систем, відновлювальні можливості яких діаметрально протилежні. Перша - це периферична нервова система (ПНС). Він складається з усіх нервів, що забезпечують м’язи, кістки та органи. Вони мають здатність до регенерації після травми.

Тож два роки тому лікарі Дитячої лікарні у Філадельфії, США, здійснили хірургічний подвиг, пересадивши дві руки 8-річному хлопчикові. Лікарі зшивали нерви дитини з пересадженими руками. Шрам від шва заживає і швидко нерви стають єдиними. Успіх операції підкреслює грізну силу регенерації ОЯТ.

Центральна нервова система (ЦНС) включає мозок і спинний мозок. ЦНС неміцна, тому дуже захищена. Отже, мозок знаходиться всередині черепної коробки і спинного мозку, всередині хребта. Цей кістковий кожух необхідний, оскільки ЦНС абсолютно не здатна відновлюватися після травми. Уражена частина закінчується відмиранням.

Падіння, інсульт або глаукома можуть пошкодити нервові волокна

Нейрони ЦНС можуть бути пошкоджені під час інсульту, від нейродегенеративних захворювань, таких як БАС, хвороба Альцгеймера або глаукома (яка вражає зоровий нерв), або від травм, таких як падіння або дорожньо-транспортна пригода. Якщо уражені ці нервові волокна, когнітивні або рухові функції, які вони контролюють, назавжди втрачаються.

Ось як актор, що грав Супермена в 1970-х, Крістофер Рівз, залишився квадриплегіком після падіння з коня. Зараз померлий, він багато років прожив паралізованим після пошкодження спинного мозку на шиї.

Намагаючись вилікувати травми ЦНС, перший великий прорив був досягнутий на початку 1980-х рр. Двома канадськими дослідниками з університету Макгілл, Семюелем Девідом і Альбертом Хуаном Агайо. Вони продемонстрували, що середовище ураження, тобто клітини, що утворюють тканини, що оточують нейрони, відіграє ключову роль у механізмах, що заважають їм відновлюватися.

З часу цього відкриття було докладено значних зусиль для характеристики цього середовища, виділення фізичного бар'єру, який воно утворює для відростання. Ми виявили, які інгібуючі молекули, присутні в цих тканинах, були визнані аксонами як інгібуючі сигнали для відростання.

В зародку нейрони мають здатність відростати

Дослідники також задаються питанням про роль самих нейронів у процесі регенерації. Насправді в зародку та плоді нейрони ЦНС мають здатність відростати після пошкодження. Однак після народження це вже не так. Тож команда професора неврології Чжиган Хе з Гарвардського університету в США підійшла до проблеми під новим кутом: а якби проблема полягала не стільки в тканинах навколо, а в самих нейронах? ?

Намагаючись відповісти на це питання, команда Гарварду відмовилася від дослідження спинного мозку - системи, якою важко маніпулювати та надзвичайно складною - невідомо, який нейрон конкретно уражений ураженням. Дослідники обрали зоровий нерв, який належить до ЦНС і використовується для вивчення не тільки відростання аксонів - предмету їх вивчення - але і виживання нейронів, що є найважливішим аспектом нейродегенеративних захворювань, таких як глаукома.

Дослідники стимулювали молекулярні сигнальні шляхи у мишей, які активні під час розвитку ембріона. І таким чином показано в 2008 році, що аксони зорового нерва можуть відростати після травми, Science. З цього вражаючого прогресу було виявлено багато молекул, що дозволяють ріст аксонів після пошкодження. Цікаво, що ефекти більшості цих молекул можуть бути перенесені в інші відділи ЦНС, такі як спинний мозок, що відкриває реальні терапевтичні перспективи.

Відростання на кілька сотень мікрометрів

Ці молекули дозволяють аксону відростати на невеликій відстані, кілька сотень мікрометрів. Однак вкрай рідко ураження трапляються поблизу цілей, на які спрямовані аксони, так що цього слабкого зростання недостатньо, щоб дозволити повернути втрачені функції. Часто знадобиться кілька дюймів. Наприклад, для ураження шийки матки знадобиться відростання в кілька десятків сантиметрів, щоб відновити рухливість нижніх кінцівок.

Це критичне питання було основним завданням роботи, яку я провів після дисертації під час роботи в команді Чжиган Хе, з 2010 по 2016 рік. Визначивши реакцію нейронів під час їх розвитку, а також після травми, я зміг виділити три критичні сигнальних шляхів для їх гарного зростання. Одночасна модуляція цих трьох шляхів у мишей дозволила подолати нездоланну досі перешкоду відростання на великі відстані.

Дійсно, нам вдалося отримати регенерацію, досить потужну, щоб відсунути аксони ока на 1-2 сантиметри назад до цілей у мозку.

Ми вдарили мету? Тоді ремонт ЦНС може здатися нам у межах досяжності. Це було не розраховуючи на дивовижне явище, яке спостерігали не тільки в нашій роботі, а й інші команди. Насправді половина аксонів правильно слідує своєму шляху до цілі. Але друга половина відростаючих аксонів, здається, повністю загублена ... і йде куди завгодно. Але якщо ви дозволяєте аксонам відростати, не спрямовуючи їх належним чином, а нейрони в підсумку підключаються до неправильних цілей, ви ризикуєте отримати серйозні проблеми. Наприклад, можуть формуватися схеми, що передають повністю анархічну інформацію про біль.

В ембріоні та плоді тисячі пучків аксонів подорожують на великі відстані, щоб дуже конкретно з'єднатися з ціллю. Чи збереглись би ці механізми, так чи інакше, у дорослих? Чи можемо ми знайти нові процеси для приведення аксонів, що відростають до потрібного місця призначення, до цілей? ?

Ці питання, що є головними на наступні роки, є рушійною силою команди, яку я очолюю в Гренобльському інституті нейронаук при Університеті Гренобля-Альп. Ми робимо це за допомогою комбінації таких методів, як візуалізація, культури нейронів та вироблення небезпечних вірусів, які дозволяють нам транспортувати молекули, що представляють терапевтичний інтерес, в організм.

Оригінальна версія цієї статті була опублікована в розмові.