CC BY
146
aversion network in the mollusk Helix lucorumll Frontiers in Behavioral Neuroscience, 2010. Vol. 4. Article 180. P.1-7.
5 Левина А.С., Ширяева Н.В., Вайдо А.И., Дюжикова Н.А. Влияние активности NMDA-рецепторов на процесс метилирования гистона Н3 и его асимметирию в пирамидных нейронах гиппокампа крыс с разным порогом возбудимости нервной системы в норме и при стрессе// Журнал эволюционной биохимии и физиологии. 2013. Т.49. №6. С.449-456.
6 Paxinos G., Watson C. The rat brain in stereotaxic coordinates - 6th edition. ll London, Amsterdam, Burlington. Ac.Press, 2007. Р.451.
Ключевые слова: стресс, гиппокамп, метилирование ДНК, межполушарная асимме трия, возбудимость, крысы.
Keywords: stress, the hippocampus, DNA methylation, lateral asymmetry, excitability, rats.
УДК 576.53; 756.54; 616.83
Тибекина Л.М.
НЕЙРОГЕНЕЗ И КЛЕТОЧНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ В ЛЕЧЕНИИ ЗАБОЛЕВАНИЙ И ПОВРЕЖДЕНИЙ НЕРВНОЙ СИСТЕМЫ17
СПБГУ, Санкт-Петербург, Россия, [email protected]
Высокая инвалидизация вследствие поражения структур головного и спинного мозга в связи с перенесенными инсультами, тяжелыми черепно-мозговыми и спинальными травмами, а также нейродегенеративными заболеваниями свидетельствует о выраженном труднокурабельном неврологическом дефекте. Это обусловливает поиск новых современных технологий, в том числе генных, клеточных, генно-клеточных. Одним из самых ярких событий последнего времени в нейробиологии можно считать открытие нейральных стволовых клеток, обеспечивающих гомеостатическую, адаптивную и репаративную регенерацию
17
Tibekina L.M., Neurogenesis and cellular technology in the treatment of diseases and injuries of the nervous system. Saint Petersburg State University, Saint Petersburg, Russia, [email protected]
нейронов в центральной нервной системе (ЦНС) взрослых млекопитающих, включая человека. Впервые об открытии стволовой клетки мозга было сообщено в 2000 году L. Stevens с соавт. [1,2].
В настоящее время доказано, что в головном мозге существуют отделы, в которых возможен нейрогенез. У взрослого человека к таким структурам относят гиппокамп и субвентрикулярную зону [3,4]. В гиппокампе клетки-предшественники находятся в перивентрикулярной зоне, которая богата сосудами. Здесь отмечается их деление. Нейрогенез в гиппокампе происходит в течение всей жизни. Новые нейроны могут возникать из других
малодифференцированных клеток нескольких типов, находящихся в разных отделах ЦНС. Имеются указания на публикации о нейрогенезе в миндалинах, спинном мозге и черной субстанции [5]. Стволовые клетки мозга дают начало глиальным клеткам-предшественникам и нейрональным клеткам-предшественникам. Первые способны дифференцироваться в астроциты и олигодендроциты, вторые - в нейроны. Основными компонентами нейрогенеза являются клеточная пролиферация, миграция и дифференцировка клеток. Обновление популяции интернейронов в таких отделах мозга, как обонятельные луковицы и гиппокамп, происходит на 5 и более процентов в месяц. Новые нейроны, образующиеся в большом количестве, не все достигают морфологической и функциональной зрелости. Скорость нейрогенеза остается все же недостаточной для возмещения нервных клеток, погибших в результате нейродегенеративных процессов, инсульта или травмы [6,7]. Тем не менее, при инсультах и нейродегенеративных заболеваниях развивается пролиферация стволовых клеток мозга и генерация новых нейронов в различных участках головного мозга. Кроме того, экспериментально (на крысах) показано, что при окклюзии средней мозговой артерии клетки-предшественники субвентрикулярной зоны мигрируют в стриатум и там дифференцируются в нейроны, фенотипически соответствующие погибшим клеткам [8]. Установлено, что при повреждении ЦНС может меняться направление миграции клеток-предшественников. Они выходят из рострального миграционного потока, пунктом назначения которого являются обонятельные луковицы, а основной функцией — поддержание «обонятельного» нейрогенеза, и перемещаются в отдаленные области, где обнаруживается гибель нейронов [9,10].
Разработка принципиально новых технологий лечения заболеваний и повреждений головного и спинного мозга основывается на стимуляции процессов репаративной регенерации нейронов, создании условий, необходимых для регенерации нервных и глиальных клеток и роста нервных волокон, а также на блокировании факторов, тормозящих эти процессы. В эксперименте доказана возможность стимуляции пролиферации стволовых клеток мозга путем введения in situ ростовых факторов, в частности, эпидермального ростового фактора и фактора роста фибробластов [6,11]. Важными источниками ростовых факторов и нейротрофических молекул являются обкладочные клетки обонятельной зоны коры головного мозга. Интрацеребральная трансплантация этих миелинобразующих клеток обеспечивает нейропротективный эффект, способствует регенерации аксонов, нейрогенезу, ангиогенезу, уменьшению рубцовой ткани и полостей в пораженной зоне мозга [12,13 и др.]. Нейротрофические и нейропротекторные факторы могут быть применены в качестве лекарственных препаратов. К ним относятся мозговой нейротрофический фактор (BDNF), глиальный нейротрофический фактор (GDNF), инсулиноподобный фактор роста (IGF) и сосудистый эндотелиальный фактор роста (VEGF).
Большое внимание уделяется изучению возможностей использования в экспериментальной неврологии стволовых клеток различного происхождения, прежде всего стволовых кроветворных клеток, мезенхимальных стволовых клеток, а также стволовых клеток мозга и стволовых клеток пуповинной крови. Трансплантация стволовых клеток у экспериментальных животных в целом улучшает функциональный статус путем замещения нейронов или трофического действия, модуляции воспаления, активации ангиогенеза, ремиелинизации и повышения пластичности аксонов, нейропротекции. Установлено, что интрацеребральное введение CD34+ клеток периферической крови индуцирует ангиогенез при хронической ишемии головного мозга, но возможность трансдифференцировки стволовых кроветворных клеток в различные типы нервных клеток, сила и характер нейропротективного эффекта до конца не изучены [14,15]. Мезенхимальные клетки костного мозга и пуповинной крови стабилизируют течение торпидного к лечению рассеянного склероза, оказывают положительное действие при травмах спинного мозга и нейродегенеративных заболеваниях [16,17, 18,19]. Введение мезенхимальных стволовых клеток в
эксперименте уменьшало неврологический дефицит при ишемическом инсульте [20,21]. Перспективно использование клеток-предшественниц эндотелиоцитов, стимулирующих ангиогенез [22,23]. Установлено, что после внутривенного введения этой популяции клеток больным с инсультом, уменьшаются клинические проявления (вероятно за счет улучшения микроциркуляции и изменения проницаемости ГЭБ). Изучается возможность комбинированного лечения клетками-предшественницами эндотелиоцитов в сочетании с фармакотерапией. Ингибиторы плазминогена обладают достаточно высокой эффективностью, однако терапевтическое «окно» для их применения не превышает 3 - 4,5 часов. В связи с этим предлагается более перспективный вариант сочетания клеточной терапии с ингибиторами протеинкиназ, что даст возможность проведения данной терапии в течение 6-12 часов после развития инсульта [22,23]. Пока не получено убедительных данных о высокой эффективности лечения инсульта стволовыми клетками. Для оптимизации терапевтического эффекта и минимизации риска при использовании стволовых клеток при инсульте необходимы дальнейшие доклинические и, особенно, клинические исследования.
Реальной терапевтической альтернативой в лечении паркинсонизма может стать трансплантация в головной мозг функционально полноценных дофаминергических нейронов. Получены индуцированные плюрипотентные клетки (ИПСК), репрограммированные из фибробластов после биопсии кожи пациентов с генетическими формами болезни Паркинсона (мутации в генах LRRK2 и PRKN). Из ИПСК пациентов созданы дофаминергические нейроны, экспрессирующие тирозингидроксилазу и обладающие спонтанной сетевой биоэлектрической активностью при культивировании на мультиэлектродной матрице. В эксперименте у крыс с моделью паркинсонизма трансплантация полученных дофаминергических нейронов в полосатое тело приводила к отчетливому улучшению двигательных функций и редукции симптоматики паркинсонизма [24]. На сегодняшний день создан набор клеточных линий, являющийся уникальной платформой для изучения болезни Гентингтона. Он может быть использован для создания эффективной системы, направленной на раскрытие молекулярных механизмов этого заболевания и поиск новых лекарственных препаратов-нейропротекторов методами высокопроизводительного
скрининга [25].
Получать стволовые клетки мозга для последующего терапевтического применения технически сложно. Другие соматические стволовые клетки более удобны для клеточной терапии, поскольку могут быть достаточно просто получены из тканей пациента, размножены in vitro и использованы для лечения того же самого больного. Это предупреждает развитие иммунологических конфликтов и не требует проведения дополнительной иммуносупрессивной терапии [11, 26]. Кроме того, возможно генетическое репрограммирование соматических стволовых клеток с целью получения ИПСК, идентичных по своим свойствам эмбриональным стволовым клеткам [26]. Это позволяет решить проблему иммунологической совместимости и этические проблемы, которые возникают при использовании эмбриональных клеток. Применение генетически модифицированных клеток Шванна, выделяющих большее количество нейротрофических факторов, вызывает увеличение роста аксонов и объема ремиелинизации по сравнению с немодифицированными клетками, что обнадеживает в терапевтической эффективности лечения ими тяжелых демиелинизирующих полиневропатий [1,27].
Технология генетического репрограммирования позволяет получать плюрипотентные стволовые клетки индивидуально для каждого пациента. Это индуцированные плюрипотентные стволовые клетки, которые могут стать ценным ресурсом для получения специализированных типов клеток. Их неограниченная пролиферация позволяет производить генетические манипуляции (трансгенез и гомологичную рекомбинацию), что делает ИПСК перспективным источником клеток для лечения многих заболеваний. Внедрение данной технологии позволит широко использовать аутологичные клетки мозга, полученные из клеток другого происхождения, а также создания in vitro моделей для изучения механизмов патогенеза заболеваний и поиска новых лекарственных препаратов.
Таким образом, трансплантация стволовых клеток мозга или клеток, способных трансформироваться в стволовые клетки мозга, является перспективным направлением в развитии нейронаук и может стать эффективным методом лечения многих неврологических заболеваний.
Литература:
1. Andres R.H., Meyer M., Ducray A.D., Widmer H.R. Restorative neuroscience: Concepts and perspectives ll Swiss Med. Wkly. 2008. Vol.138, N 11-12. P. 155-172.
2. Chen L, Liu L. Current progress and prospects of induced pluripotent stem cells. Sci. China C. Life Sci. 2009. Vol. 52. №7. Р.622-636.
3. Drachman D.A. Aging of the brain, entropy, and Alzheimer disease ll Neurology. 2006. Vol 67. Р.1340—1352.
4. Gage F.H. Structural plasticity of the adult brain. Dialog ll Clin. Neurosci.2004. Vol. 6 .№2. Р.135—141.
5. Цинзерлинг В.А Сапаргалиева А.Д., Вайншенкер Ю.И., Медведев С.В. Проблемы нейропластичности и нейропротекции // Вестн. С.-Петерб. ун-та. Сер.11. 2013. Вып.4.С.3-12.
6. Huang H., Chen L., Sanberg P. Cell therapy from bench to bedside translation in CNS neurorestoragy era ll Cell Med. 2010. Vol. 20. N 1. P. 40-46.
7. Louro J., Pears D.D. Stem and progenitor cells therapies: recent progress for spinal cord injury ll Neurol. Res. 2008. Vol.30. N. 1. P.5-16.
8. Arvidsson A., Collin T., Kirik D. et al. Neuronal replacement from endogenous precursors in the adult brain after stroke // Nature Med. 2002. Vol. 8. № 9. P. 963-970.
9. Ozen I., Boix J., Paul G. Perivascular mesenchymal stem cells in thedult human brain: a future target for neuroregeneration? ll Clinical and Translational Medicine 2012. Vol. 1. P. 30.
10. Curtis M. A., Kam M., Faull R. L. M. Neurogenesis in humans ll Eur. J. Neuroscience. 2011. Vol. 33. P. 1170-1174.
11. Datsun A. Stem cells for the treatment of neurodegenerative diseases ll Stem Cells. 2010. Vol. 28. N 1. P. 37- 48.
12. Bretzner F, Liu J, Currie E, Roskams A.J., Tetzlaff W. Undesired effects of a combinatorial treatment for spinal cord injury-transplantation of olfactory ensheathing cells and BDNFinfusion to the red nucleus llEur. J. Neurosci. 2008. Vol. 28. № 9. P. 1795-1807.
13. Chiu S.C., Hung H.S., Lin S.Z. et al. Therapeutic potential of olfactory ensheathing cells in neurodegenerative diseases //J. Mol. Med. 2009. Vol.87. №12. P. 1179-1189.
14. Chen J., Li Y., Wang L., Zhang Z. et al. Therapeutic benefit of intravenous
administration of bone marrow stromal cells after cerebral ischemia in rats // Stroke. 2001. Vol.32. №4. P.1005-1011.
15. Koshizuka S., Okada S., Okawa A. et al. Transplanted hematopoietic stem cells from bone marrow differentiate into neural lineage cells and promote functional recovery after spinal cord injury in mice// J. Neuropathol. Exp. Neurol. 2004. Vol. 263. №1.
16. Bauchet L. Strategies for spinal cord repair after injury: a review of the literature // Ann. Phys. Rehabil.Med. 2009. Vol.52. P.330-351.
17. Bieback K., Kluter H. Mesenchymal stromal cells from umbilical cord blood. Curr. Stem Cell Res. Ther. 2007. Vol.2. № 4. Р.310-323.
18. Cho S.R., Kim Y.R., Kang H.S.et al. Functional recovery after the transplantation of neurally differentiated mesenchymal stem cells derived from bone marrow in a rat model of spinal cord injury. Cell Transplant. 2009. Vol.18. №12. P.1359-1372.
19. Hunt D.P., Irvine K.A., Webber D.J. et al. Effects of direct transplantation of multipotent mesenchymal stromal/stem cells into the demyelinated spinal cord //Cell Transplant. 2008. Vol.17.№7. P. 865-873.
20. Bang O.Y., Lee J.S., Lee P.H., Lee G. Autologous mesenchymal stem cell transplantation in stroke patients //Ann. Neurol. 2005. Vol.57. №7. P. 874-882.
21. Chung D.J, Choi C.B, Lee S.H. et al. Intraarterially delivered human umbilical cord blood-derived mesenchymal stem cells in canine cerebral ischemia//J. Neurosci. Res. 2009. Vol.87.№ 16. 3554-3567.
22. Haas S., Weidner N, Winkler J. Adult stem cell therapy in stroke// Curr. Opin. Neurol. 2005. Vol.18.№ 1. P.59-64.
23. Glover L.E. et al. A step-up approach for cell therapy in stroke : translational hurdless of bone marrow derivated stem cells // Trans. Stroke Res. 2011. Vol.3. N 1. P.90-98.
24. Лебедева О.С., Лагарькова М.А., Киселев С.Л., Мухина И.В., Ведунова М.В.,Усова О.В.,Ставровская А.В., Ямщикова Н.Г., Федотова Е.Ю., Гривенников И.А., Хаспеков Л.Г., Иллариошкин С.Н. Морфофункциональные свойства индуцированных плюрипотентных стволовых клеток, полученных из фибробластов кожи человека и дифференцированных в дофаминэргические нейроны//Нейрохимия. 2013. Т. 30(3). С.233-241.
25. Некрасов Е.Д., Лебедева О.С., Васина Е.М., Богомазова А.Н, Честков И.В.,
Киселев С.Л., Лагарькова М.А., Клюшников С.А., Иллариошкин С.Н., Гривенников И.А. Платформа для изучения болезни Гентингтона на основе индуцированных плюрипотентных стволовых клеток//Анналы клинической и экспериментальной неврологии. 2012.Т.6(4).С.30-35.
26. Chen L, Liu L. Current progress and prospects of induced pluripotent stem cells. Sci. China C. Life Sci. 2009. Vol.52.№ 7 . P.622-636.
27. Huang H., Chen L., Sanberg P. Cell therapy from bench to bedside translation in CNS neurorestoragy era // Cell Med. 2010.Vol. 20. N 1.
Ключевые слова: нейрогенез, клеточные технологии, заболевания нервной системы
Keywords: neurogenesis, cellular technology, diseases of the nervous system.
УДК 57.024
Тихонравов Д.Л.
МОГУТ ЛИ ЖИВОТНЫЕ (ПРИМАТЫ) ФОРМИРОВАТЬ ЭЛЕМЕНТАРНЫЕ АПРИОРНЫЕ ИДЕИ РАЗУМА?18
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт эволюционной физиологии и биохимии им. И.М. Сеченова РАН, Санкт-Петербург, Россия, [email protected]
Разделение терминов рассудка и разума началось уже в Античности. Однако, только в 1781г. немецкий философ Иммануил Кант написал первый специальный труд «Критика чистого разума», который был посвящён детальному рассмотрению рассудка (Verstand) и разума (Vernunft) [1]. В этой работе И.Кант определил 3 высшие когнитивные функции, которые являются составными
18
Tihonravov D.L., Can animals (primates) elementary form priori ideas of reason? Institute of Evolutionary Physiology and Biochemistry named I.M. Sechenov, Saint Petersburg, Russia, [email protected]
