Ученые обнаружили скрытые клетки головного мозга, которые помогают лечить травмы спинного мозга

«Астроциты критически реагируют на заболевания и расстройства центральной нервной системы — головного и спинного мозга», — сказал нейробиолог Джошуа Бурда, доктор философии, доцент кафедры биомедицинских наук и неврологии в Cedars-Sinai и старший автор исследования. «Мы обнаружили, что астроциты, расположенные вдали от места травмы, на самом деле способствуют восстановлению спинного мозга. Наше исследование также выявило механизм, используемый этими уникальными астроцитами, чтобы дать сигнал иммунной системе очистить мусор, образовавшийся в результате травмы, что является критическим шагом в процессе заживления тканей».

Команда назвала эти клетки «астроцитами, удаленными от очага поражения», или LRA. Они также определили несколько различных подтипов. Впервые исследование объясняет, как один подтип может обнаруживать повреждения на расстоянии и реагировать способами, способствующими восстановлению.

Как спинной мозг реагирует на травму

Спинной мозг представляет собой длинный пучок нервной ткани, который простирается от головного мозга вниз по спине. Его внутренняя область, называемая серым веществом, содержит тела нервных клеток наряду с астроцитами. Его окружает белое вещество, состоящее из астроцитов и длинных нервных волокон, которые передают сигналы между мозгом и остальным телом. Астроциты помогают поддерживать стабильную среду, чтобы эти сигналы могли передаваться правильно.

При повреждении спинного мозга нервные волокна разрываются. Это может вызвать паралич и нарушить такие ощущения, как прикосновение и температуру. Поврежденные волокна распадаются на мусор. В большинстве тканей воспаление остается ограниченным поврежденной областью. Однако в спинном мозге нервные волокна могут простираться на большие расстояния, поэтому повреждение и воспаление могут распространяться далеко за пределы первоначального места повреждения.

Удаленные от поражения астроциты и иммунная очистка

В экспериментах на мышах с травмами спинного мозга исследователи обнаружили, что LRA играют ключевую роль в содействии восстановлению. Они также обнаружили убедительные признаки того, что тот же процесс происходит в тканях спинного мозга пациентов-людей.

Один подтип LRA производит белок под названием CCN1. Эта молекула посылает сигналы иммунным клеткам, известным как микроглия.

«Одна из функций микроглии — служить главным сборщиком мусора в центральной нервной системе», — сказал Бурда. «После повреждения тканей они поедают кусочки остатков нервных волокон, которые очень жирные и могут вызвать у них своего рода расстройство желудка. Наши эксперименты показали, что астроцит CCN1 сигнализирует микроглии о необходимости изменить их метаболизм, чтобы они могли лучше переваривать весь этот жир».

По мнению Бурды, такое улучшение удаления мусора может помочь объяснить, почему у некоторых пациентов наблюдается частичное спонтанное выздоровление после травмы спинного мозга. Когда исследователи исключили CCN1, полученный из астроцитов, заживление значительно замедлилось.

«Если мы удалим астроцит CCN1, микроглия питается, но не переваривается. Они вызывают больше микроглии, которая тоже питается, но не переваривается», — сказал Бурда. «Формируются большие скопления микроглии, заполненные мусором, усиливая воспаление вверх и вниз по спинному мозгу. И когда это происходит, ткань также не восстанавливается».

Последствия рассеянного склероза и черепно-мозговой травмы

Когда ученые исследовали образцы спинного мозга людей с рассеянным склерозом, они наблюдали тот же процесс восстановления, связанный с CCN1. Бурда отметил, что эти основные принципы восстановления могут широко применяться к травмам, затрагивающим как головной, так и спинной мозг.

«Роль астроцитов в заживлении центральной нервной системы крайне недостаточно изучена», — сказал Дэвид Андерхилл, доктор философии, заведующий кафедрой биомедицинских наук. «Эта работа убедительно свидетельствует о том, что астроциты, удаленные от поражения, предлагают жизнеспособный путь для ограничения хронического воспаления, усиления функционально значимой регенерации и содействия неврологическому восстановлению после травм головного и спинного мозга и при заболеваниях».

Сейчас Бурда работает над разработкой стратегий, которые используют путь CCN1 для улучшения заживления спинного мозга. Его команда также изучает, как астроцит CCN1 может влиять на воспалительные нейродегенеративные заболевания и старение.

Среди других авторов Cedars-Sinai — Сара МакКаллум, Кешав Б. Суреш, Тимоти С. Ислам, Маниш К. Трипати, Энн В. Саустад, Оксана Шелест, Адитья Патил, Дэвид Ли, Брэндон Квон, Кэтрин Лейтольф, Инга Енокян, София Э. Шака, Жасмин Пламмер, Винисиус Ф. Калсавара и Саймон Р. В. Нотт.

Среди других авторов — Коннор Х. Беверидж, Палак Манчандра, Кейтлин Э. Рэндольф, Гордон П. Мирес, Ранджан Датта, Рики Кавагути и Гаурав Чопра.

Финансирование: Эту работу поддержали: Национальные институты здравоохранения США (NIH) 5R01NS128094, R00NS105915, K99NS105915 (JEB), F31NS129372 (KS), K99AG084864 (SM), R35 NS097303 и R01 NS123532 (RD), R01MH128866, U18TR004146, P30 CA023168 и награда ASPIRE Challenge and Reduction to Practice (для GC); Американский фонд исследования парализованных ветеранов (JEB); Крылья для жизни (JEB); Постдокторская стипендия Центра нейробиологии и медицины Сидарс-Синай (СМ); Стипендия Американской академии неврологии в области нейробиологических исследований (СМ); Постдокторская стипендия Калифорнийского института регенеративной медицины (СМ); Министерство обороны США USAMRAA наградило W81XWH2010665 в рамках рецензируемой программы исследований болезни Альцгеймера (GC); Постдокторская стипендия Арнольда О. Бекмана (в CER); Также отмечена деятельность Центра исследований рака Университета Пердью, финансируемого грантом NIH P30 CA023168.