Главная страница «Первого сентября»Главная страница журнала «Биология»Содержание №34/2002

НОВОСТИ НАУКИ

С.Ю. АФОНЬКИН

Нервные клетки восстанавливаются

В течение последнего десятилетия XX в. в справочниках и руководствах по неврологии можно было найти научное подтверждение расхожему мнению о том, что нервные клетки не восстанавливаются. Вполне авторитетные источники уверяли, что нервная ткань не способна регенерировать. Иными словами, спецификой головного и спинного мозга считалось отсутствие в них так называемых стволовых нервных клеток, т.е. неспециализированных клеток, способных размножаться, образуя, в конечном счете, молодые новые нейроны.

Стволовые клетки расположены в основании воображаемого ствола генеалогического древа клеток, который венчает крона из различных специализированных клеток. Стволовые клетки являются неотъемлемой составной частью таких постоянно обновляющихся тканей, как, например, эпителий.

До последнего времени считалось, что число нервных клеток у человека, сформировавшихся в процессе эмбрионального и постнатального (после рождения) развития, с течением времени может только уменьшаться. Поэтому стратегия врачей, имеющих дело с теми или иными поражениями нервной ткани, сводилась к минимизации возможного ущерба и попыткам ограничить распространение патологического процесса в нервной системе. Мечтать о восстановлении поврежденной нервной ткани не приходилось, поскольку умами ученых и практикующих врачей владела догма о неспособности нервной ткани к регенерации. Теперь эта догма оказалась ниспровергнутой.

В середине 1990-х гг. было обнаружено, что в некоторых частях мозга млекопитающих при определенных условиях новые нервные клетки все-таки возникают. В составе нервной ткани были выявлены стволовые клетки! В мозге молодых обезьян они расположены в двух местах: ниже так называемых желудочков мозга – особых полостей, заполненных жидкостью, и в одной из борозд гиппокампа, или аммонова рога. В самом конце XX в. было доказано, что после повреждения головного мозга клетки в этих двух районах начинают размножаться и мигрировать в места повреждений.

Стволовые нервные клетки были найдены также среди нервных клеток эмбриона человека и в тканях мозга взрослых людей. Причем в последнем случае стволовые клетки напоминали те эмбриональные клетки, из которых в процессе раннего формирования зародыша образуется его головной и спинной мозг. Потомки делящихся стволовых клеток, находящихся в составе нервной ткани, способны превращаться не только в нейроны, но и в другие клетки нервной системы. Например, в олигодендроциты или в астроциты, т.е. в обслуживающие клетки, без которых нормальная работа нервной системы невозможна.

Обнаружение нервных стволовых клеток человека вселяло надежду на существенные изменения в нелегкой борьбе с недугами нервной системы, обусловленными гибелью части ее клеток. Наиболее яркими примерами подобных заболеваний являются боковой, или латеральный, амиотрофический склероз и болезнь Паркинсона. В первом случае болезнь развивается в результате гибели некоторых нейронов спинного мозга, во втором – определенной группы нейронов, соединяющих глубинные участки головного мозга.

Принципиально возможны две стратегии применения клеточной терапии в борьбе с подобными болезнями. В место с поврежденной нервной тканью можно попытаться ввести стволовые клетки, которые были получены в нужном количестве при выращивании их вне организма. В таком случае есть надежда, что они встроятся в состав нервной ткани, превратившись в новые нервные клетки, которые заменят своих погибших собратьев. Второй прием заключается в стимуляции собственных стволовых нервных клеток организма, в результате чего они должны начать интенсивно размножаться и превращаться в новые нейроны.

Впервые данные о возможной целительной, терапевтической, роли стволовых нервных клеток были получены в опытах на крысах.

Боковой амиотрофический склероз относится к медленно прогрессирующим заболеваниям, неизбежно ведущим к смерти больного. Вероятность его возникновения составляет 20–50 случаев на 1 млн человек. Это заболевание ученые исследуют уже более 100 лет, однако причины его до сих пор остаются загадочными. Хотя в целом распространение заболевания не зависит от географического положения, наиболее часто оно встречается у коренных жителей Скандинавии или среди выходцев из нее. В связи с этим обсуждается гипотеза о возможной генетической предрасположенности скандинавов к этому заболеванию. С другой стороны, накапливается все больше данных о возможности включения бокового амиотрофического склероза в группу медленных инфекций центральной нервной системы человека. Однако инфекционное начало (возможно, вирус?) остается пока не выявленным.

В процессе развития заболевания поражаются двигательные (моторные) нейроны спинного мозга, т.е. клетки, по которым нервные импульсы проходят к мышцам. Наибольшее скопление таких нейронов находится в шейном (управление руками) и поясничном (управление ногами) утолщениях спинного мозга. При развитии латерального амиотрофического склероза моторные нейроны в боковых частях спинного мозга постепенно погибают и одновременно утолщаются стенки сосудов головного и спинного мозга. Вследствие этих дегенеративных процессов у больных вначале нарушается координация движений, а затем те или иные участки конечностей вообще лишаются подвижности.

Неотвратимая болезнь развивается медленно и может длиться от 4 до 12 лет. Ее первыми признаками является слабость в кистях рук, причем чаще всего вначале поражаются мышцы больших пальцев и мизинцев. Со временем эта мышечная слабость постепенно как бы разливается, захватывая все руки. Мышцы начинают терять свой объем. Постепенно кисти рук приобретают вид «когтистых лап». Параллельно усиливается тонус мышц ног, которые остаются напряженными даже во сне. Ходить на таких негнущихся ногах становится все труднее. У больных появляются боли в мышцах, при которых хочется потянуться всем телом. Мышцы нижней челюсти начинают самопроизвольно сокращаться: нередко возникает судорожная зевота. Помимо этого нередко случается эпизодическое и непроизвольное стискивание челюстей – так называемый тризм (от греч. trismos – скрип). Подобный симптом возникает, кстати, и при столбняке – заболевании, одним из признаков которого является увеличение ригидности мышц.

Процесс дегенерации все новых и новых моторных нейронов затрагивает центры контроля дыхания или сердцебиения, в результате чего больные неизбежно погибают. «Прогноз пока остается абсолютно неблагоприятным», – с сожалением констатируют специалисты.

Для того чтобы получить модель этого опасного заболевания, ученые заражали крыс вирусом Синдбис, поражающим центральную нервную систему и, в частности, моторные нейроны спинного мозга. В результате у лабораторных животных развивалось состояние, весьма напоминавшее последствия бокового амиотрофического склероза. У крыс, выживших после инъекции вируса, были парализованы многие мышцы задней части тела и плохо работали задние ноги. Исследователи оценивали состояние лабораторных животных, измеряя степень их подвижности. Дополнительно производились измерения электрической активности нейронов и анализ препаратов с образцами нервной ткани для визуальной оценки степени ее поражения.

Идея опыта была очень проста. В спинно-мозговой канал частично парализованных крыс ученые намеревались ввести стволовые нервные клетки и проанализировать возможные последствия такой операции. На пути к реализации этого смелого опыта было лишь одно препятствие. Поддерживать в культуре вне организма стволовые клетки, выделенные из крысиных эмбрионов, было весьма непросто. Вместе с тем в 1998 г. Джон Герхард и его коллеги научились выделять стволовые клетки из человеческих эмбрионов (источником для подобного рода манипуляций служил абортивный материал). Такие клетки прекрасно размножались в чашках с питательной средой, формируя скопления, которые получили название эмбриоидных телец. При некоторых условиях клетки в составе этих групп начинали напоминать нейроны. Раз так, быть может, аналогичный процесс образования нейронов из неспециализированных эмбриональных клеток пойдет и в теле крыс с пораженным спинным мозгом, и новые нервные клетки заменят уже погибшие и поврежденные?

Среди эмбриональных крысиных клеток, культивируемых вне организма, ученые отобрали такие, на поверхности которых можно было обнаружить специфические молекулы (маркеры), характерные для нервной ткани. Такие молекулярные метки указывали на то, что процесс специализации (дифференцировки) отобранных эмбриональных клеток пошел в сторону нервной ткани. Последствия инъекции таких клеток в канал спинного мозга были весьма впечатляющими. Через три месяца после операции задние лапки крыс вновь обрели подвижность, хотя их движения были еще неловки. Крысы из контрольной группы, которым эмбриональные клетки не вводились, оставались парализованными.

Несколько выздоравливающих крыс были принесены в жертву науке. Результаты исследования их тканей показали, что инъецированные клетки расселились вдоль спинного мозга, причем по их форме и молекулярным поверхностным маркерам они весьма напоминали зрелые моторные нейроны. Успех? Безусловно! Хотя, впрочем, истинные ученые – люди осторожные в своих выводах. Авторы впечатляющего эксперимента говорят, что им точно неизвестно, благодаря чему достигнут столь впечатляющий эффект. То ли действительно инъецированные эмбриональные клетки человека превратились в настоящие нейроны, которые и колонизировали поврежденные участки спинного мозга крыс, то ли введенные экспериментаторами человеческие клетки лишь стимулировали к делению собственные стволовые нервные клети крыс, которые еще оставались неповрежденными в их спинном мозге.

Как бы то ни было, положительный результат эксперимента вселяет надежду на развитие подобного направления в борьбе с латеральным амиотрофическим склерозом у человека. Разумеется, до опытов на людях еще далеко, но общее перспективное направление в борьбе с этим недугом явно уже задано.

Вторым опасным заболеванием нервной системы, в лечении которого применение клеточной терапии может привести к впечатляющим результатам, является паркинсонизм. В 1817 г. подробное описание этого недуга, известного еще с античных времен, сделал английский врач Джеймс Паркинсон в своей книге «Эссе о дрожательном параличе». Позже исследованное им заболевание было названо в его честь «болезнью Паркинсона». Главным симптомом паркинсонизма является утрата мышцами эластичности, скованность движений (гипокинезия) и ритмичное дрожание конечностей (тремор). Трясущиеся руки стариков – явное указание на развитие болезни. Характерные для паркинсонизма самопроизвольные движения пальцев называются симптомом скатывания шариков. Больным трудно начать произвольные мышечные движения. Постепенно у них развиваются нарушения речи и ослабевает деятельность мимических мышц лица. Психическими последствиями затяжной болезни нередко становятся депрессия и старческая деменция (от лат. dementia – безумие).

Болезнь Паркинсона является вторым по распространенности нейродегенеративным заболеванием после печально известной болезни Альцгеймера. В возрастной группе старше 50 лет она поражает в среднем одного человека из 100, независимо от пола. Паркинсонизм представляет реальную и серьезную проблему, встающую перед современным обществом. В Великобритании затраты на одного пациента с болезнью Паркинсона в течение всего периода заболевания составляют около 40 тыс. фунтов стерлингов.

Болезнь Паркинсона развивается в результате гибели нейронов, соединяющих два отдела головного мозга. Один из них несколько таинственно называется черной субстанцией (substantia nigra) и расположен в среднем мозге. Свое название этот отдел получил из-за более темной окраске, обусловленной повышенным содержанием в ней пигмента меланина – того самого, что синтезируется в нашей коже в результате воздействия солнечных лучей и придает ей бронзовый цвет. Второй отдел называется стриатум. Он расположен в глубине больших полушарий переднего мозга.

Указанные два отдела соединяются нигростриальными нейронами, гибель которых и вызывает явления паркинсонизма. Известно, что для передачи полученного нервного импульса нейрон должен выделить особое вещество – нейромедиатор. Существует несколько различных медиаторов, которые по-разному влияют на различные типы нейронов. Медиатором нигростриальных нейронов является дофамин – вещество, принимающее активное участие в контроле движений тела.

Теперь становится понятно, почему в результате развития паркинсонизма начинается дрожание рук. По непонятной пока причине нигростриальные нейроны гибнут, уровень дофамина падает, в результате контроль за произвольными движениями нарушается. Образно такое состояние можно сравнить с помехами на экране телевизора, которые возникают при утрате четкого сигнала и контроля за изображением.

В настоящее время не существует способа остановить развитие болезни Паркинсона, однако ее течение можно облегчить с помощью лекарственных дофаминсодержащих препаратов. Наиболее эффективным из них считается препарат со странным на первый взгляд названием леводопа – L-диоксифенилаланина, который является предшественником дофамина. Принятый внутрь, он превращается в мозгу в дофамин, таким образом восполняя его недостаток.

В чистом виде дофамин принимать бесполезно, поскольку он не проходит из кровеносных сосудов в клетки мозга. Дело в том, что на пути многих веществ, присутствие которых могло бы нарушить работу мозга, стоит так называемый гематоэнцефалический барьер. Его не в состоянии преодолеть и дофамин, а вот упомянутая леводопа проходит через него относительно свободно.

Казалось бы, метод для борьбы с паркинсонизмом найден достаточно надежный. Беда в том, что леводопа обладает весьма неприятными побочными эффектами. У принимающих ее пациентов развивается тошнота и рвота, падает давление и начинается учащенное сердцебиение. К тому же могут возникать проблемы и в психической сфере – беспокойство, возбуждение, галлюцинации, депрессии. Есть данные, что леводопа может провоцировать возникновение опухолей. На этом фоне поиск новых революционных путей борьбы с недугом кажется особо актуальным.

Одна из первых попыток использовать клеточную терапию в борьбе с болезнью Паркинсона была предпринята еще в 1980-х гг. Биологам было известно, что выделяющие дофамин нейроны входят в состав надпочечников. Мексиканские ученые пробовали пересаживать в мозг людей, страдающих болезнью Паркинсона, клетки, взятые из их надпочечников. Результаты проведенных операций вселяли оптимизм. Однако американцам, пытавшимся включить эту технологию в арсенал своих методов борьбы с паркинсонизмом, воспроизвести результаты мексиканских коллег по каким-то причинам не удавалось. Быть может, в такой ситуации стоило сделать ставку на стволовые клетки, способные превращаться в нейроны, выделяющие дофамин? Предпосылки для подобных планов существовали.

В 1970-х гг. Ларс Ольсен работал с клетками крысиных эмбрионов. Он выделял из них молодые, недавно сформировавшиеся нигростриальные нейроны и помещал их в переднюю камеру глаза взрослых грызунов. Эта камера часто служит биологам в их опытах по культивированию клеток своеобразным «живым термостатом», обладающим к тому же набором питательных веществ, необходимых для развития клеток. Так что в этой части опытов Ольсена не было ничего необычного. Зато ему удалось показать, что и в столь необычной ситуации нигростриальные нейроны прекрасно себя чувствовали и начинали исправно выделять дофамин. Это было уже кое-что, так сказать первый шаг на пути к клеточной терапии паркинсонизма.

В начале 1980-х гг. эстафетную палочку на этом пути подхватил Андерс Бьоркланд. Он и его коллеги работали с крысами и обезьянами, у которых признаки болезни Паркинсона развивались после хирургического повреждения соответствующей нигростриальной части мозга. Таким больным подопытным животным вводили в поврежденную зону нервные клетки эмбрионов, в результате чего состояние четвероногих пациентов резко улучшалось. Позже было показано, что «десантированные» таким образом нервные клетки благополучно обживались в новом для них окружении и устанавливали контакты между частями мозга, которые были рассечены в ходе этого любопытного эксперимента.

Столь обнадеживающие данные подтолкнули врачей к проведению в середине 1980-х гг. аналогичных операций на людях, страдающих от болезни Паркинсона. В качестве источника нервных клеток, выделяющих дофамин, исследователи использовали абортивный материал, полученный в результате прерывания беременности на сроке 7–9 недель. В целом результаты этих опытов были положительными, хотя и очень нестабильными. В лучших случаях степень выраженности симптомов болезни шла на убыль. С помощью специальных методов диагностики ученым удавалось показать увеличение активности выделяющих дофамин нейронов в нигростриальной части мозга. К сожалению, несколько прооперированных таким образом пациентов скончалось вследствие причин, не связанных с паркинсонизмом. Исследование их трупного материала показало, что эмбриональные нейроны, введенные в и мозг, остались живы, и более того – встроились в их мозговые ткани! В других случаях результаты подобных пересадок были не столь заметны.

Существенным недостатком описанных выше опытов являлась информированность самих пациентов о характере проводимой им операции. Вроде бы, это плюс. Пациент просто обязан знать, какой операции он подвергается и в чем состоит ее суть.

Однако эти соображения хороши в случае уже отработанных операций и приемов, в эффективности которых никто не сомневается. Другое дело – научный поиск в области медицины. Он обязан доказать объективность действия того или иного приема или средства, отделив его от субъективных побочных эффектов. Иными словами от веры пациента в целительность метода. Как известно, искренняя вера – мощная сила, способная оказывать глубокое влияние на организм человека на психологическом и физиологическом уровнях. Недаром еще в Евангелие от Марка было сказано «Все, что ни будете просить в молитве, верьте, что получите, – и будет вам».

Не стоит недооценивать эффекта веры в медицине. Достаточно заметить, что солидный международный библиографический справочник Current Contens еженедельно приводит десятки научных публикаций, посвященных объективным проверкам действия тех или иных средств. Для проведения подобных проверок обычно используют так называемое плацебо (от лат. placebo – нравиться). Так в медицине называют любой компонент лечения, который намеренно применяется ввиду его неспецифического, психологического или психофизиологического действия или который используют ради его ожидаемого, но неизвестного пациенту направлению неспецифического влияния на симптом или болезнь. Проще говоря, плацебо – это «пилюля-пустышка», которая порой помогает, да еще как!

Роль чудодейственных «лекарств», которые использовались на протяжении прошлых веков в медицине, трудно переоценить. Вот что пишет по этому поводу в своей книге «Плацебо и терапия» главный научный сотрудник Санкт-Петербургского Научно-исследовательского психоневрологического института им. В.М. Бехтерева, почетный член Британской ассоциации психофармакологии, действительный член Нью-Йоркской академии наук И.П. Лапин: «Еще в древние времена сложилась традиция назначать самые разные средства растительного, животного и минерального происхождения с целью изменить состояние и самочувствие людей, нуждающихся в помощи (не обязательно больных). Эти средства должны были отвечать обязательному требованию – «нравиться» или «удовлетворять» страждущего. Вряд ли следует называть их «мнимыми лечебными средствами», как это делают в современной литературе, хотя с точки зрения современной медицины те средства были по существу вариантами плацебо. Но тогда они помогали и даже, вероятно, больше, чем современное плацебо, поскольку вера в магические средства, усиленная ритуалами и молитвами, была намного глубже, чем в наше время вера в лекарство. Ссылаются на выдающихся медиков Гиппократа и Парацельса, описавших лечение порошками из мумий, корешков и минералов. Как поняли впоследствии, активных действующих начал в тех «препаратах» не было, что дало основание О.В. Гольмсу заключить, что «почти все лекарства, бывшие в то время в употреблении, можно выбросить в море».

Не составляет в этом плане исключение и клеточная терапия. Одно лишь сознание пациента, что его подвергают новому, революционному и очень дорогому методу лечения, способно творить чудеса. Поэтому в середине 1990-х гг. Национальные институты здоровья в США спонсировали проведение экспериментов по пересадке эмбриональных нервных клеток человека в качества метода борьбы с паркинсонизмом при наличии всех необходимых контролей. Речь шла о так называемом «двойном слепом методе», когда ни сам экспериментатор, ни пациент не знают заранее, что именно вводится в мозг – эмбриональные клетки или просто физиологический раствор. Естественно, такие опыты проделывались на добровольцах, знавших о самой сути эксперимента.

Результаты этих опытов, проведенных Куртом Фридом, были опубликованы в 2001 г. на страницах одного из британских медицинских журналов. Они были, мягко говоря, менее оптимистичны, чем результаты ранних «открытых» опытов. Более того, у 5 из 33 пациентов, которым была произведена пересадка нервных клеток, через два года после операции развилась настоящая дискинезия. Так в медицине называют расстройство координированных двигательных актов, проще говоря ухудшение сознательного контроля над произвольными движениями. Вместе с тем, результаты, полученные Фридом, снова указывали на принципиальную возможность приживления пересаженных в мозг дофаминовых нейронов.

Почти негативные данные Фрида не особенно смущают исследователей, борющихся с болезнью Паркинсона. Слишком уж пока много неучтенных факторов в этих революционных опытах, чтобы сразу давать стабильные и полностью позитивные результаты. Одной из важных задач на пути усовершенствования выбранной стратегии лечения, является максимальная стандартизация эмбриональных нервных клеток, которые используются для пересадок. Ведь пока исследователи имеют дело каждый раз с новым абортивным материалом, взятым от, увы, не родившегося существа, которое обладало своим уникальным набором генов и находилось на какой-то конкретной стадии развития. Как интуитивно понятно, такой разнобой вовсе не способствует получению стандартных результатов. Преодолеть такую ситуацию можно, научившись культивировать вне организма и получать в нужных количествах либо сами стандартизированные дофаминовые нейроны, либо стволовые клетки, которые будут в них превращаться при дифференцировке.

Возможно, кстати, это не обязательно будут человеческие дофаминовые нейроны. Недавно две зарубежные биотехнологические корпорации – Диакрин и Гензим – сообщили о предварительных результатах пересадки 10 пациентам с болезнью Паркинсона нервных клеток, полученных из эмбрионов свиней. Особо выдающихся результатов пока не получено, хотя доказано, что такие «поросячьи» клетки в мозгу человека приживаться в принципе способны. Этот результат приоткрывает дверь, которая со временем, возможно, приведет исследователей к новой перспективной области клеточной терапии.

Еще одна стратегия борьбы с болезнью Паркинсона может состоять в стимулировании собственных стволовых нервных клеток пациента, чтобы как можно быстрее сформировать необходимое количество дофаминовых нейронов в нигростриальной области. Для разработки такого направления есть определенные предпосылки. Дело в том, что из эмбрионов, находящихся на ранних стадиях развития, удается выделять удивительный белок – так называемый трансформирующий ростовой фактор альфа. Он способен как бы «подхлестывать» процессы регенерации в различных органах, например, таких как печень или кожа. Вполне возможно, что при столь медленно протекающих заболеваниях, как болезнь Паркинсона, организму просто не хватает мощного сигнала, который бы «включил» систему репарации нервных клеток.

Судя по всему, до подобных опытов на людях дело еще не дошло, но это только вопрос времени.

Продолжение следует

 

Рейтинг@Mail.ru