Болезнь Паркинсона характеризуется, в частности, гибелью нейронов, продуцирующих дофамин, в черной субстанции среднего мозга. Эти дофаминергические нейроны уже можно выращивать в клеточных культурах. «Но большинство таких культур клеток двумерны, например, клетки растут вдоль дна чашки Петри», — объясняет руководитель группы Флеминг. «Вместо этого у нас есть нейроны, растущие в геле, который дает гораздо лучшую модель их естественной трехмерной среды».В качестве отправной точки для выращивания целевых нейронов ученые используют обычные клетки кожи. Они превращают их обычными методами в индуцированные плюрипотентные стволовые клетки, или для краткости ИПСК.
За разработку этой технологии японский ученый Шинья Яманака был удостоен Нобелевской премии по физиологии и медицине в 2012 году вместе с Джоном Гардоном. «Добавляя подходящие факторы роста, ИПСК можно затем на втором этапе превратить в нервные стволовые клетки», — говорит профессор Йенс Швамборн, глава исследовательской группы LCSB Developmental. Клеточная биология, отвечающая за дифференциацию клеток. «Это исходные клетки, которые мы используем в микрожидкостной культуре».Сначала исследователи смешивают клетки с жидкостью, которую затем заполняют небольшими тестовыми сосудами, называемыми биореакторами. «Вы можете представить себе такой биореактор как туннель, разделенный посередине плоским барьером», — объясняет исследователь LCSB Эдинсон Лукуми Морено, первый автор исследования. «На одной стороне туннеля мы загружаем жидкость с клетками, где она затвердевает в гель при контролируемой температуре.
На другой стороне мы загружаем среду, в которую мы можем добавлять питательные вещества и вещества для дальнейшей дифференциации нейрональных стволовых клеток по мере необходимости. . "Уже через несколько часов исследователи наблюдают изменения в нейрональных стволовых клетках: клетки начинают образовывать небольшие выступы, которые в течение следующих дней развиваются в аксоны и дендриты — длинные отростки, типичные для нейронов. Через 30 дней 91 процент клеток представляют собой нейроны, около 20 процентов из которых являются желаемыми дофаминергическими нейронами.
Это подтверждено морфологическими и иммунологическими тестами.Одним из основных преимуществ этой системы трехмерного культивирования клеток является то, что ее уже можно автоматизировать в ее нынешнем виде: биореакторы размещены на имеющихся в продаже планшетах, которые могут обрабатываться и считываться лабораторными роботами. «Таким образом, при разработке лекарств десятки химических веществ могут быть протестированы на предмет возможных терапевтических эффектов за один шаг», — говорит Ронан Флеминг. «Поскольку мы используем гораздо меньшее количество веществ, чем в обычных системах культивирования клеток, затраты снижаются примерно до одной десятой от обычных».
Еще одно преимущество состоит в том, что биореакторы могут быть загружены клетками, происходящими из клеток кожи отдельных пациентов с болезнью Паркинсона. «Это важный шаг к индивидуальной разработке лекарств», — утверждает Флеминг. В качестве следующего шага команда Флеминга и их международные сотрудники хотят изучить клетки пациентов и протестировать потенциальные активные фармацевтические ингредиенты.
Затем многообещающие вещества будут протестированы на мышах.
