Новые возможности в лечении нейродегенеративных заболеваний

Биолог Сергей Киселев о репрограммировании клеток, моторных нейронах и новом подходе к разработке лекарств

17.07.2015
2 205
Этот материал является частью курса «Гены и стволовые клетки»
В чем состоит сложность изучения моторных нейронов? Какие возможности открываются перед исследователями благодаря новым клеточным технологиям? Как репрограммирование клеток влияет на разработку лекарственных средств? На эти и другие вопросы отвечает доктор биологических наук Сергей Киселев.

Достаточно большая группа болезней, которые поражают человечество, особенно связанных с возрастом, — это нейродегенерация. Это всем известные болезни Паркинсона, Альцгеймера, Гентингтона, боковой амиотрофический склероз — список бесконечен. Большое количество людей страдает от этих болезней, и наносится большой экономический ущерб. Конечно же, возможно воссоздавать их на каких-то модельных системах, на животных, например, либо на мушке-дрозофиле. Это все действительно работает, и все это хорошо. Но приходится создавать трансгенные модели, то есть вносить гены. В норме мушки-дрозофилы не болеют Паркинсоном, мышки тоже не болеют Альцгеймером. Поэтому то, что создается, — это только каким-то образом имитирует, моделирует действительные заболевания людей.

Почему бы не изучать это на более близком объекте? Это практически невозможно: мы не можем человеку при жизни залезть в мозг, вскрыть, достать больные нейроны, которые умирают. Причем в случае болезни Паркинсона это один тип нейронов, дофаминергические нейроны, которые лежат в одном определенном отделе мозга, а в случае болезни Гентингтона, например, это функционально другой тип нейронов. Это невозможно сделать прижизненно. Но только нейроны человека будут передавать истинный смысл патологии, только благодаря им мы сможем детально узнать, каким образом болезнь развивается, за счет чего, и даже постараться найти лекарственное средство.

Наследственные болезниГенетик Вера Ижевская о генетических мутациях, классификации наследственных болезней и проекте «Геном человека»

Конечно же, совершенно замечательным и прорывным открытием явилась технология репрограммирования. Она позволяет репрограммировать клетки взрослого организма, причем любые клетки. У больного каким-нибудь нейродегенеративным заболеванием можно взять немного либо крови, либо кожи, либо клеток с волос, провести репрограммирование этих клеток, после этого получить индуцированные плюрипотентные стволовые клетки, являющиеся универсальными стволовыми клетками, и из этих универсальных стволовых клеток уже можно получить специализированный тип нейронов, которые генетически будут абсолютно идентичны тому пациенту, у которого мы брали исходные, предположим, клетки крови или фибробласты кожи. И, таким образом, мы можем, во-первых, персонально для этого человека, а во-вторых, именно на нейронах этого человека проводить наши эксперименты.

Первое подобное исследование было проведено в 2009 году для пациентов с наследственной дисаутономией. Не были известны причины заболевания, было известно, что погибают моторные нейроны и что это приводит впоследствии к гибели пациентов. Моторные нейроны сложно изучать, они не имеют никаких дефектов при жизни.

Что было сделано? Были получены индуцированные плюрипотентные стволовые клетки от этих пациентов, из них были получены моторные нейроны. Параллельно из нормальных контрольных людей тоже были получены индуцированные плюрипотентные стволовые клетки и контрольные моторные нейроны. И в этих двух образцах с помощью современных методов полногеномного анализа сравнили, какие гены как транскрибируются и на каком уровне. И оказалось, что один из генов имеет дополнительный вариант. Сегодня очень много внимания придается сплайс-вариантам генов. Один из генов имел дополнительный сплайс-вариант, и исследователи решили посмотреть: а если мы возьмем и постараемся каким-нибудь способом убрать этот сплайс-вариант, то что у нас произойдет?

Ученые провели анализ имеющихся химических молекул и нашли одно вещество, кинетин, которое может регулировать дополнительный вариант гена.

Затем они налили это вещество на больные моторные нейроны — вне пациентов, конечно же. И оказалось, что уровень этого гена действительно нормализовался и эти моторные нейроны вне организма перестали быстро гибнуть. То есть в результате проведенной работы оказалось, что ученые, во-первых, нашли, почему развивается заболевание — это появление дополнительного сплайс-варианта гена IKBAR, — и, более того, нашли лекарственное вещество, которое потенциально может быть полезно для этих людей. Почему потенциально? Потому что они показали это в доклинических исследованиях на модельной системе человеческих мотонейронов как раз этих пациентов, но надо еще все это подтвердить и в клинических экспериментах. И, собственно, теперь получено разрешение соответствующего министерства США, для того чтобы провести клинические испытания этого лекарственного средства. То есть реально получается, что мы можем, используя эти вещи, изучать нейродегенеративные болезни и, соответственно, подбирать лекарственные вещества.

FAQ: Амиотрофический боковой склероз6 фактов об одном из наиболее распространенных нейродегенеративных заболеваний

Сходная работа была проведена на пациентах с боковым амиотрофическим склерозом. Это заболевание, которое на сегодня вообще не имеет никаких видов терапии, и, конечно же, оно протекает и развивается очень тяжело. Даже не узнавая причины возникновения заболевания, исследователи взяли индуцированные плюрипотентные стволовые клетки от пациентов с боковым амиотрофическим склерозом, получили из них моторные нейроны, и эти моторные нейроны у них в культуре гибли. Они взяли целый спектр химических соединений и стали наливать на эти моторные нейроны и смотреть, к чему это приводит. Из полутысячи они отобрали примерно 5–7 кандидатных соединений, которые приостанавливали гибель моторных нейронов. То есть в этом случае они даже не ставили задачу узнать, каковы молекулярные механизмы заболевания, но была поставлена другая принципиальная задача, как бы конечная — как вылечить. И, проведя скрининг примерно полутысяч лекарственных субстанций, они обнаружили где-то полдесятка потенциальных кандидатов, которые стоит исследовать более детально, а затем двигаться дальше.

Я считаю, что это фантастическое достижение, которое позволяет принципиально по-другому подойти к разработке лекарственных средств. Мне также хочется упомянуть и нашу работу, которая связана с изучением болезни Гентингтона, она должна быть опубликована в 2015 году. И мы изучали болезнь Гентингтона на индуцированных плюрипотентных стволовых клетках, полученных из трех пациентов. И мы решили провести электрофизиологические эксперименты с помощью наших коллег из Санкт-Петербурга, а именно подтвердить либо опровергнуть гипотезу о вовлечении токов кальция в клетку в патологии Гентингтона. И, понимаете, получилось самое удивительное: мы подтвердили, что кальций вовлечен, но в чем состояла удивительность?

У нас было три человека, мы у каждого взяли по кусочку кожи, по фибробласту, каждому независимо прокультивировали фибробласты, от каждого независимо получили индуцированные плюрипотентные стволовые клетки, потом для каждого получили эти нейроны, затем мы отвезли это в Санкт-Петербург в лабораторию.

Исследователи стали мерить, и оказалось, что во всех трех образцах отклонения тока кальция абсолютно идентичны.

То есть это фантастическая воспроизводимость метода, что говорит о том, что данная модель является абсолютно адекватной и она может быть стандартизована для каких-то других применений. Кажущаяся такая длительность: сначала репрограммируем, потом дифференцируем, — конечно, незнающие люди даже не понимают этих слов, а им и не надо понимать, им надо из этой части рассказа знать, что мы получаем стандартизованную модельную систему, которая может быть использована. И это, конечно, когда наступает слияние биологии и каких-то более точных наук.

Сегодня очень хорошо развиваются исследования в области изучения такого нейродегенеративного заболевания, как Паркинсон. В недавно проведенном исследовании — оно было проведено в 2012 году — было выявлено несколько лекарственных субстанций, которые могут быть потенциально использованы, и уже идут подобные клинические испытания для лечения больных паркинсонизмом, но с определенными генетическими мутациями.

Что нам дали новые клеточные технологии? Они, по сути, дали нам возможность перенести часть мозга из организма в лабораторию исследователя. И это не мозг дрозофилы, не нервные клетки мышки или крысы, а это именно часть нервной системы человека, и это реальная нервная система. А о том, насколько она реальна и как ее можно использовать для других экспериментов, мы еще поговорим в будущем.

доктор биологических наук, профессор, заведующий лабораторией эпигенетики Института общей генетики им. Н.И. Вавилова РАН
Узнал сам? Поделись с друзьями!
    Опубликовано материалов
    03586
    Готовятся к публикации
    +28
    Самое читаемое за неделю
  • 1
    ПостНаука
    4 954
  • 2
    Татьяна Тимофеева
    2 522
  • 3
    Роман Бевзенко
    1 468
  • 4
    Сергей Афонцев
    1 457
  • 5
    ПостНаука
    735
  • Новое

  • 4 954
  • 735
  • 2 522
  • 1 457
  • 1 468