Jednym z ważniejszych celów medycyny regeneracyjnej jest opracowanie skutecznych terapii udarów mózgu. Zespoły pracujące na komórkach macierzystych skupiały się jak dotąd na próbie wytworzenia neuronów do zastosowań terapeutycznych, czyli napraw tkanki zniszczonej brakiem dostępu tlenu. Sytuacja ma miejsce w przypadku powstania zakrzepu lub pęknięcia naczynia krwionośnego. Badania prowadzone na UC Davis wskazują na nowy kierunek, zakładający wykorzystanie innych komórek.

Zespół opublikował w Nature Communications wyniki kompleksowego badania wykazującego, że astrocyty posiadają zdolność do ochrony tkanki mózgowej i redukują niepełnosprawność wynikającą z przebytego udaru czy innych chorób niedokrwiennych tkanki mózgowej.

Astrocyt. UC Regents 2013

Astrocyty to silnie rozgałęzione komórki glejowe, tworzące wraz innymi komórkami tego typu sieć przestrzenną w ośrodkowym układzie nerwowym, rodzaj rusztowania dla innych komórek i naczyń krwionośnych. Wypustki astrocytów  łączą się zarówno z naczyniami włosowatymi jak i komórkami nerwowymi. Są więc pośrednikiem dostarczającym tlen i substancje odżywcze dla neuronów oraz jednocześnie elementem bariery  krwio-mózgowej (razem ze śródbłonkiem naczyń włosowatych).

Ale to nie wszystko. Jak opowiada współautor badania, profesor Wenbin Deng,  astrocyty odgrywają krytyczną rolę w wielu funkcjach mózgu oraz, jak sie uważa, chronią neurony przed uszkodzeniami i śmiercią. Są też łatwiejsze do wykorzystania, ponieważ nie są komórkami pobudliwymi jak neurony. Prowadzone przez niego badania mają na celu opisanie potencjału astrocytów w leczeniu zaburzeń neurologicznych, począwszy od udaru.

Wykorzystanie astrocytów nie było badane w tym kontekście, ponieważ uzyskanie wysokiego stopnia czystości niezbędnego przy terapiach komórkowych jest trudnym zadaniem. Co więcej, rola poszczególnych typów astrocytow w ochronie i naprawie mózgu jest nie do końca poznana.

Badanie rozpoczęło się od dyferencjacji ludzkich embrionalnych komórek macierzystych z wykorzystaniem czynnika transkrypcyjnego (białka regulującego aktywność genów) Olig2. W wyniku zastosowania tej metody uzyskano nowy typ astrocytów, nazwany Olig2PC-Astros. Co więcej, uzyskano prawie 100% stopień czystości komórek.

Następnie porównano efekty zastosowania nowo odkrytych Olig2PC-Astros z innym typem NPC-Astros w leczeniu szczurów z niedokrwiennymi uszkodzeniami mózgu. Zwierzęta, którym przeszczepiono astrocyty Olig2PC wykazały znacznie lepszy poziom neuroprotekcji wraz z wyższym poziomem neurotrofin BDNF, białek związanych ze wzrostem neuronów i ich przeżywalnością. Szczury z przeszczepionymi astrocytami NPC jak i grupa kontrolna miały znacznie wyższy poziom strat w tkance nerwowej.

Wpływ astrocytów na zdolność nauki i zapamiętywania szczurów zbadano w labiryncie wodnym. Po 14 dniach od przeszczepu, zwierzęta z astrocytami Olig2PC pokonywały labirynt w czasie wyraźnie krótszym, niż pozostałe grupy badane.

Przeprowadzono też eksperymenty z wykorzystaniem kultur komórkowych, aby określić jak astrocyty chronią neurony przed stresem oksydacyjnym, odgrywającym kluczową rolę w uszkodzeniach mózgu. Neurony wraz z badanymi astrocytami wystawiono na działanie nadtlenku wodoru, co symulowało stres oksydacyjny. Obydwa typy astrocytów zapewniały ochronę, jednak Olig2PC wykazały wyższe poziomy białek Nrf2 (zwiększają aktywność antyoksydacyjną w neuronach).

Przedmiotem badania były też cechy genetyczne nowo odkrytych astrocytów Olig2PC. Za pomocą mikromacierzy określono, że są one genetycznie zbliżone do standardowych astrocytów typu NPC, jednak silniejszej ekspresji ulega więcej genów związanych z neuroprotekcją (BDNF, ligandy Wnt, czynników wzrostu, chemokininy i inne). Wiele z tych genów reguluje tworzenie i funkcjonowanie synaps przekazujących sygnały pomiędzy neuronami. Wpływ na rozwój synaps potwierdzono obserwując rozwój mysich neuronów.

Co istotne z terapeutycznego punktu widzenia, astrocyty typu Olig2PC nie powodują tworzenia guzów, pozostają na miejscu translantacji i nie różnicują się w inne typy komórek.

Zespoł dr Deng pokazał, że nowa metoda tworzenia astrocytów z embrionalnych komórek macierzystych daje populacje komórek czystszych i bardziej funkcjonalnych niż te otrzymywane standartowymi metodami - mówi Jan Nolta, dyrektor UC Davis Institute for Regenerative Cures. Poprawa funkcjonowania zauważalna w modelach uszkodzeń mózgu jest imponująca, jak choćby wyższe poziomy BDNF. Chciałbym zobaczyć badania rozszerzone na kolejne modele chorób mózgu, takie jak Huntington i te, w których zauważalny jest pozytywny wypływ BDNF.

Dr Deng podkreśla, że stworzenie wysoko oczyszczonych populacji astrocytów wskazuje na korzyści terapeutyczne i bezpieczeństwo. Otwiera to możliwość użycia tych komórek do przywracania funkcjonalności mózgu w chorobie Alzheimera, epilepsji, urazach fizycznych mózgu, mózgowym porażeniu dziecięcym czy uszkodzeniach rdzenia kręgowego.

Publikacja jest dostępna w systemie open acces.