Нервные клетки, как мы сейчас знаем, хотя и восстанавливаются, но всё-таки не так быстро, как хотелось бы. С другой стороны, сейчас в лаборатории можно выращивать самые разные виды клеток, в том числе и нейроны.
Было бы хорошо, если бы в случае болезни, сопровождающейся массовой гибелью нейронов (вроде инсульта или синдромов Паркинсона или Альцгеймера), можно было вместо погибших клеток пересадить новые, свежие и здоровые – подобно тому, как меняют сгоревшую электропроводку или испортившуюся часть микросхемы. Однако нейроны, как известно, соединены друг с другом множеством контактов, и участвуют в самых разных нервных процессах, и потому, если мы захотим пересадить что-то во взрослый мозг, нам в первую очередь нужно ответить на вопрос: смогут ли новые элементы найти в нём своё место, встроиться в нервные цепи?
Два года назад мы писали об экспериментах исследователей из Университета Люксембурга, которые пересадили клетки-предшественники нейронов мышам в кору мозга и в гиппокамп (один из основных центров памяти) – по словам авторов той работы, клетки успешно дозрели на новом месте, наладили контакты с нервными цепочками, и никаких побочных эффектов у животных не случилось. То есть в принципе мозг принимает пересаженные нейроны; но чтобы понять, есть ли от них польза, участвуют ли они в информационных процессах, требовались новые эксперименты.
И вот сейчас в Nature выходит статья Сюзанны Фолкнер (Susanne Falkner) и её коллег из Института нейробиологии Общества Макса Планка и Мюнхенского университета Людвига-Максимилиана, которые установили, что, если пересадить нейроны в зрительную кору, они не только правильно встраиваются в нервные цепи, но и улучшают зрение.
Зрительная кора по сравнению с другими областями мозга изучена особенно хорошо, про её нейроны мы знаем, когда и почему они включаются и выключаются, и с какими другими зонами мозга соединены. В эксперименте у мышей удаляли фрагмент зрительной коры, а на его место пересаживали кусочек коры мозга, взятый у эмбриона, и затем, с помощью особой микроскопической техники, наблюдали за отдельными клетками.
За месяц, по словам авторов работы, пересаженные «протонейроны» нормально трансформировались в зрелые нейроны, проходя те же стадии, которые обычно проходят созревающие нервные клетки. (В частности, у пересаженных со временем точно так же уменьшалось число дендритных шипиков – участков на мембране нейрона, где может сформироваться синапс, контакт с отростком другого нейрона; считается, что уменьшение числа шипиков помогает лучше организовать потоки информации, помогает нервным клеткам не путаться в огромном количестве поступающих в мозг импульсов.)
Однако нейробиологи хотели большего: их цель была в том, чтобы увидеть, что каждая отдельная клетка после трансплантации не только превращается в нормальный нейрон, но и устанавливает правильные соединения с другими. Иными словами, здесь требовалось проанализировать коннектом пересаженного фрагмента: направление межнейронных соединений, которые пошли в другие области коры, и их силу.
Оказалось, что у прооперированных мышей дела тут обстоят так же, как и у обычных мышей, которым ничего не пересаживали. Иными словами, «пришлые» клетки не только налаживали контакты с тем, с кем нужно, но и сила таких контактов была такой же, какой и должна быть (где-то слабее, где-то сильнее, в зависимости от того, с кем данный участок коры обменивается информацией). Были некоторые расхождения с «оригиналом», некоторые нейроны установили синапсы не с теми, с кем нужно, однако причина здесь, очевидно, заключалась в том, что для пересадки взяли кусочек, не совсем точно соответствующий тому, который вынули из мозга. И в следующий раз избежать неверных соединений вполне возможно, если точнее выполнять всю процедуру.
Наконец, последнее испытание – тест на функциональность – пересаженные клетки тоже с успехом прошли. Мышам периодически показывали некие узоры из полос, и постепенно новые клетки научились отличать одни узоры от других: на какие-то они реагировали сильнее, чем на другие. То есть со временем происходила настойка, обучение нервных клеток, которые, как мы помним, не с самого начала были в мозге.
Итак, благодаря тому, что авторы работы следили за судьбой индивидуальных нейронов, им, в конце концов, удалось достаточно надёжно установить, что пересаживаемые клетки не просто встраиваются в систему уже сформированных нервных цепочек, но и вполне успешно начинают работать. (Что особенно любопытно, так как именно про зрительную кору считается, что она не склонна к перестройкам.)
В дальнейшем исследователи собираются выяснить, как поведут себя нейроны, полученные другим способом (то есть не взятые из мозга эмбриона, а, например, выращенные после перепрограммирования клеток кожи через стадию индуцированных стволовых клеток), и можно ли подобные заплатки использовать для лечения натуральных повреждений мозга – например, при физической травме или при инсульте.