Учёные ДВФУ доказали, что нервные клетки восстанавливаются

В Дальневосточном федеральном университете предложили восстанавливать нервную ткань с помощью гелей из модифицированных пектинов.

В Школе биомедицины ДВФУ разработали имплантируемые гидрогели на основе растительных полисахаридов (пектинов), которые могут играть роль искусственного внеклеточного матрикса, особой сети молекул, заполняющей пространство между клетками. Их предлагают использовать как среду для выращивания тканей и органов, а также как средство доставки лекарств и восстановления мозга после удаления злокачественных опухолей, глиобластом. Статья об этом опубликована в International Review of Neurobiology. 

Гидрогели, разработанные в ШБМ ДВФУ, это растительные углеводные материалы из модифицированных биоинженерными методами пектинов. Они подходят для восстановления нервной ткани, поврежденной злокачественной трансформацией при развитии опухолей мозга, а также в результате травм и нейродегенеративных болезней, при которых наблюдается гибель или потеря функциональной активности клеток и их окружения. 

«Некоторые варианты наших внеклеточных матриксов-гидрогелей способны подавлять размножение клеток глиомы, злокачественной опухоли головного мозга, а их химические модификации можно использовать, чтобы сохранять потенциал нормальных нервных стволовых клеток, «консервировать» их в недифференцированном состоянии, сохраняя их жизнеспособность и потенциал на будущее. Это интересно для развития клеточных биотехнологий регенеративной медицины, — рассказывает руководитель исследовательской группы Вадим Кумейко, заместитель директора по развитию ШБМ ДВФУ. — Безусловно, биоинженерные решения, связанные с применением внеклеточных матриксов из пектинов, нуждаются в тщательной проверке. Однако мы рассчитываем, что в перспективе наши гидрогели можно будет имплантировать в область резекции опухоли мозга, чтобы убивать оставшиеся после операции опухолевые клетки, одновременно сохраняя потенциал здоровых клеток для дальнейшего восстановления».  

Учёный объяснил, что в человеческом организме внеклеточное пространство представляет собой сложную молекулярную сеть – матрикс, который состоит из двух главных компонентов: белкового и углеводного. Матрикс нервной системы отличается от матрикса многих тканей тем, что он в большей степени углеводный, напоминает по физико-химическим свойствам мармелад или «птичье молоко». Этим он существенно отличается от более упругого и жесткого матрикса с преобладанием белкового компонента, который свойственен для соединительных тканей. По углеводному матриксу клеткам практически невозможно передвигаться. 

«Так задумано природой специально, чтобы у взрослых организмов клетки мозга не мигрировали с легкостью в новые области и не образовали слишком быстро новых электрических связей, что грозит, например, утратой памяти, приобретенных навыков и знаний. Представьте, вечером вы знали иностранный язык, а за ночь клетки мигрировали, и вы все забыли», — объясняет Вадим Кумейко. 

Проблема в том, что опухолевые клетки управляют жесткостью окружающего их внеклеточного пространства, добавляя в него белковые компоненты. Таким образом они сами «стелят» себе дорогу, по которой убегают, чтобы метастазировать и образовывать новые опухоли в других регионах организма. 

«Имплантированный после удаления опухоли матрикс с преобладанием углеводного компонента не только сдержит рост и распространение клеток, но и прекрасно подойдет в качестве средства доставки высокотоксичных лекарств. Такие лекарства будут высвобождаться из него постепенно, нанося меньший вред организму в целом, и убивая оставшиеся опухолевые клетки. На следующем этапе, чтобы стимулировать регенерацию и рост отростков нервных клеток, можно посредством инъекции имплантировать в прооперированную область более жесткий матрикс, включающий большую долю белков», — говорит Вадим Кумейко. 

Ученый уточнил, что подобный подход был предложен его исследовательской группой чуть ранее во Frontiers in Bioengineering and Biotechnology, новая статья посвящена частичному экспериментальному обоснованию концепции. 

В дальнейшем учёные планируют исследовать, как состав пектинового матрикса будет влиять на скорость высвобождения лекарств, и какое сочетание углеводных и белковых компонентов будет способствовать восстановлению нервной ткани без рубцов и характерной для опухолевой ткани чрезмерной плотности. 

В целом, пока что в мире очень мало материалов, которые одобрены для биоинженерии нервной ткани и клинической практики, в основном, они предназначены для регенерации периферической, а не центральной нервной системы.  

ДВФУ — ведущий центр образования и науки на Дальнем Востоке России, связующее звено с крупнейшими научно-образовательными и исследовательскими учреждениями региона АТР и всего мира. Школа биомедицины ДВФУ работает в тесном сотрудничестве с Медицинским центром ДВФУ, передовыми отечественными и международными научно-исследовательскими лабораториями.