Вещества, влияющие на рост поврежденных аксонов, биологи искали с помощью круглого червя нематоды. Для этого нематод пришлось массово прооперировать.

Нервные клетки способны отращивать перерезанные длинные отростки – аксоны, так же как ящерицы -- хвосты. Поэтому поврежденные нервы способны регенерировать, что дает пациентам надежду на излечение после различных травм, в том числе спинномозговых. Регенерация аксонов также позволяет головному мозгу восстанавливаться после инсультов и черепномозговых травм. Успешность данного процесса зависит от множества внешних и внутренних факторов, в том числе -- от химических сигналов. В поисках таких сигналов Крисанти Самара (Chrysanthi Samara) и ее коллеги из Массачусетского технологического института (Мassachusetts Institute of Technology) и медицинского факультета Гарвардского университета (Harvard Medical School) в Бостоне обратились к круглому червю-нематоде – известной в научном мире Caenorhabditis elegans.

Вообще-то регенерацию аксонов многократно изучали на клеточных культурах, и специалисты нашли довольно много химических веществ, ее ускоряющих или замедляющих. Но то, что работает «в пробирке», не всегда эффективно в организме, поэтому следующий этап испытаний нужно было провести in vivo. Задача состояла в том, чтобы разработать на животных простую и высокоэффективную модель.

Нематодный конвейер

C. elegans – очень простой организм, досконально изученный как анатомически, так и генетически. Нервная система червя состоит всего из 302 нейронов, и их расположение нанесено на карту. Это позволило биологам создать полуавтоматическое устройство для микрохирургии нематоды. Устройство разработано по технологии микрофлюидных чипов – все операции на нем происходят в системе микроканальцев. Нематоду выбирают из группы, изолируют, ориентируют в нужном направлении и обездвиживают. Далее в дело вступает фемтосекундный лазер – его импульсы, направленные в строго определенное место в теле нематоды, отрезают заданный фрагмент аксона у заданного нейрона. Прооперированная нематода удаляется из чипа и помещается в среду с изучаемым химическим веществом в нужной концентрации.

Нематоды проходят через чип, как по конвейеру, и одна за другой лишаются части аксона. Автоматика обеспечивает точность и быстроту. У всех червей отрезают одинаковый фрагмент аксона одного и того же механосенсорного нейрона. На всю операцию с одним червем тратится всего около 20 секунд, поэтому нематодный конвейер способен обработать массу живых объектов.

Замедлители и ускорители

Такая технология позволила биологам прогнать через чип несколько тысяч нематод и проверить на них около сотни химических веществ. Среди них были различные киназы, белки клеточного скелета, белки внутриклеточного транспорта, ядерные белки. Экспериментаторы оценивали результат через 72 часа, измеряя у червей отросшие за это время аксоны. Наибольший эффект на регенерацию аксонов оказали вещества, влияющие на фермент протеинкиназу С (РКС). Так, ингибитор РКС стауроспорин за трое суток втрое уменьшил длину отросшего участка аксона. Похожий, хотя и несколько меньший эффект оказали другие ингибиторы РКС. А активатор РКС простатин, напротив, ускорил регенерацию аксонов.

Поскольку найденные вещества так же работали и в культурах нервных клеток различных позвоночных животных, специалисты считают, что биохимия регенерации аксонов универсальна. Следовательно, среди активаторов протеинкиназы С можно искать потенциальное лекарство для восстановления нервов и лечения нейродегенеративных заболеваний у человека. Авторы исследования опубликовали его результаты в журнале PNAS.