Неонатальный спинной мозг поможет при восстановлении спинного мозга у взрослых
По сравнению с взрослым неонатальный спинной мозг обладает огромными способностями к регенерации, и авторы новой статьи, вышедшей в Cell Stem Cell, показали, что ведущую роль в этом процессе играет внеклеточный матрикс. Его состав обеспечивает незаурядные регенеративные возможности. Авторы показали, что внеклеточный матрикс неонатального мозга может существенно облегчить восстановление взрослого спинного мозга после травмы.
Графическое описание статьи. Sun Z, et al. / Cell Stem Cell 2024
Китайские ученые показали, что неонатальный спинной мозг обладает повышенной способностью к регенерации за счет состава внеклеточного матрикса и, более того, необычные регенеративные свойства этого матрикса могут быть использованы для восстановления взрослого спинного мозга.
Авторы исследования провели детальный анализ неонатального спинного мозга и обнаружили, что в его внеклеточном матриксе повышено содержание белков, связанных с развитием нейронов и ростом аксонов. И при этом там содержится меньше молекул, препятствующих росту нервной ткани, чем во внеклеточном матриксе взрослого спинного мозга.
Исследования состава внеклеточного матрикса проводили на кроликах, в качестве контрольных точек взяв эмбриональный день 24, второй постанатальный день (то есть после рождения) и в 4 месяца. Сравнение состава внеклеточного матрикса спинного мозга в эти временные промежутки как раз и позволило выявить отличия неонатального и взрослого спинного мозга на уровне белков внеклеточного матрикса.
Интересно, что состав неонатального и эмбрионального матрикса спинного мозга оказался весьма схож. Интегрируя протеомные данные и данные, полученные с помощью секвенирования РНК одиночных ядер, ученые составили список генов, которые по-разному экспрессируются в неонатальном и взрослом спинном мозге. Дальнейшие исследования, в которых авторы работы изучали внеклеточный матрикс, отделенный от клеток, на стадии эмбрионального, неонатального и взрослого спинного мозга. Вывод подтвердил предыдущие результаты: кардинальные различия спинного мозга на молекулярном уровне на разных стадиях развития были связаны именно с составом внеклеточного матрикса.
Лишенный клеток внеклеточный матрикс неонатального спинного мозга, как оказалось, обладает интересным свойством: при 37 °C он формирует гидрогель, способный к набуханию, благодаря нейтрализации pH и стабилизации ионной силы. Более того, он может формировать гидрогель, по молекулярным свойствам соответствующий лишенному клеток внеклеточному матриксу взрослого спинного мозга.
Конечно, между двумя видами бесклеточных матриксов спинного мозга существует ряд отличий, как полагают авторы статьи, не «делающих погоды», однако по физическим свойствам два матрикса все же различаются.
Дальнейшие исследования показали, что бесклеточный матрикс неонатального спинного мозга прекрасно поддерживает пролиферацию, миграцию и дифференцировку нейронов из клеток-предшественников в спинном мозге, а также росту нейритов на нейронах. Используя эти свойства бесклеточного матрикса неонатального спинного мозга, авторы исследования продемонстрировали, что он может способствовать созреванию и росту нейритов на нейронах органоидов, моделирующих спинной мозг. Также матрикс неонатального спинного мозга помог восстановиться после окислительного стресса органоидам, состоящим из мотонейронов спинного мозга.
Но может ли этот матрикс помочь заживить место травмы взрослого спинного мозга? Как показывают предварительные исследования, может. Он способствует росту нейритов на клетках органоидов, а также, что самое важное, при участии белков тенасцина и плейотрофина он способствует росту аксонов в органоидах спинного мозга. Если поместить такой органоид в место повреждения, то под действием матрикса неонатального спинного мозга он сможет связать два отделенных участка, формируя аксоны, соединяющие органоиды со спинным мозгом.
Оказалось, что этот матрикс подавляет воспаление и фиброз в месте «сшивания» и активирует формирование новых синапсов между разделенными участками спинного мозга. Результаты впечатляющие, но до клинического применения, увы, пока далеко.
Текст: Елизавета Минина
Harnessing developmental dynamics of spinal cord extracellular matrix improves regenerative potential of spinal cord organoids by Sun Z, et al. Cell Stem Cell. 2024;31(5):772-787.e11.