Vedcom sa podarilo vypestovať z kmeňových buniek viac ako 400 typov nervových buniek

Nervové bunky nie sú len nervové bunky. Keď sa na ne pozriete dostatočne podrobne, najnovšie odhady naznačujú, že v ľudskom mozgu existuje niekoľko stoviek alebo dokonca niekoľko tisíc rôznych typov nervových buniek. Tieto typy sa líšia svojimi funkciami, počtom a dĺžkou svojich výbežkov a spôsobom, akým sa navzájom spájajú. Uvoľňujú rôzne neurotransmitery do synapsií a v závislosti od oblasti mozgu – napríklad mozgovej kôry alebo stredného mozgu – sú aktívne rôzne typy buniek.

Keď vedci pestovali nervové bunky z kmeňových buniek v Petriho miskách na experimenty, nedokázali vysvetliť všetku túto rozmanitosť. Až donedávna výskumníci vyvinuli metódy na pestovanie iba niekoľkých desiatok rôznych typov nervových buniek in vitro. Na to použili metódy genetického inžinierstva alebo pridali signálne molekuly na aktiváciu špecifických intracelulárnych signálnych dráh. Nikdy sa im však nepodarilo zachytiť rozmanitosť stoviek alebo tisícok rôznych typov nervových buniek, ktoré v tele existujú.

„Neuróny odvodené z kmeňových buniek sa často používajú na štúdium chorôb. Doteraz však výskumníci často ignorovali, s akými typmi neurónov pracujú,“ hovorí Barbara Treutleinová, profesorka na Katedre biosystémových vied a inžinierstva na ETH Zurich v Bazileji.

Tvrdí však, že to nie je najlepší prístup k takejto práci.

„Ak chceme vyvinúť bunkové modely na štúdium chorôb a porúch, ako sú Alzheimerova choroba, Parkinsonova choroba a depresia, musíme zvážiť špecifický typ nervovej bunky zapojené do patologického procesu.“

Systematické skríningy ako kľúč k úspechu

Treutleinová a jej tím úspešne vyprodukovali viac ako 400 rôznych typov nervových buniek, čím vydláždili cestu pre presnejší základný neurologický výskum s využitím bunkových kultúr.

Vedci z ETH to dosiahli prácou s kultúrou ľudských indukovaných pluripotentných kmeňových buniek, ktoré boli odvodené z krvných buniek. V týchto bunkách geneticky upravili určité neurónové regulačné gény a ošetrili bunky rôznymi morfogénmi – špeciálnou triedou signálnych molekúl. Treutleinov tím použil systematický prístup: sedem morfogénov v rôznych kombináciách a koncentráciách vo svojich skríningových experimentoch. To nakoniec viedlo k takmer 200 rôznym súborom experimentálnych podmienok.

Morfogény

Morfogény sú signálne látky známe zo štúdií embryonálneho vývoja. V embryu sú rozložené nerovnomerne a v rôznych koncentráciách tvoria priestorové gradienty. Určujú teda polohu buniek v embryu – napríklad, či je bunka bližšie k osi tela alebo sa nachádza vzadu, na bruchu, v oblasti hlavy alebo trupu. Morfogény teda pomáhajú určiť, ktoré štruktúry sa vytvoria v rôznych častiach tela.

Vedci použili rôzne analytické techniky, aby dokázali, že sa im v experimente podarilo získať viac ako 400 rôznych typov nervových buniek. Študovali RNA (a teda genetickú aktivitu) na úrovni jednotlivých buniek, ako aj vzhľad a funkciu buniek, napríklad aké typy bunkových výbežkov mali a aké elektrické nervové impulzy vysielali.

Výskumníci potom porovnali svoje údaje s informáciami z databáz neurónov ľudského mozgu. To im umožnilo určiť typy nervových buniek, ktoré boli vytvorené, ako napríklad bunky periférneho nervového systému alebo mozgové bunky, ako aj oblasť mozgu, z ktorej pochádzajú a za čo sú tieto bunky zodpovedné – vnímanie bolesti, chladu, pohybu atď.

Neuróny in vitro na vyhľadávanie účinných látok

Treutlein povedal, že stále zďaleka nedokážu in vitro produkovať všetky typy nervových buniek, ktoré v tele existujú. Výskumníci však teraz majú prístup k oveľa väčšiemu počtu rôznych typov buniek ako predtým.

Chcú použiť neuróny pestované in vitro na vývoj bunkových modelov na štúdium závažných neurologických ochorení vrátane schizofrénie, Alzheimerovej choroby, Parkinsonovej choroby, epilepsie, porúch spánku a sklerózy multiplex. Takéto bunkové modely sú tiež veľmi zaujímavé pre farmaceutický výskum, pretože umožňujú testovať účinky nových účinných látok v bunkových kultúrach bez použitia zvierat s konečným cieľom jedného dňa naučiť sa, ako tieto choroby liečiť.

V budúcnosti by sa tieto bunky mohli použiť aj na bunkovú substitučnú terapiu, pri ktorej sa choré alebo odumreté mozgové nervové bunky nahradia novými ľudskými bunkami.

Ale skôr, ako sa tak stane, je potrebné vyriešiť jeden problém: V experimentoch výskumníci často vytvárali zmes niekoľkých rôznych typov nervových buniek. Teraz pracujú na optimalizácii metódy tak, aby každá experimentálna podmienka produkovala iba jeden špecifický typ bunky. Už majú nejaké počiatočné predstavy o tom, ako to dosiahnuť.