Иди и смотри: ученые научились перепрограммировать зрение
Американские биологи впервые заставили нейроны сетчатки, поврежденные глаукомой, регенерировать. Достижение состоялось частично за счет биологического «перепрограммирования». В глаза мышей с травмированными глазами ввели вирусные векторы с генами факторов Яманаки. Как итог, нейроны восстановили работоспособность. Аналогичного результата удалось добиться у пожилых особей грызунов.
Старение — необратимый процесс, он приводит сначала к нарушению функций тканей, а затем к их смерти. Со временем наша центральная нервная система теряет способность восстанавливаться, вместе с тем в организме человека уменьшается количество стволовых клеток.
Определенная область глазного яблока, которая содержит палочки, колбочки, а также нейроны и синапсы, — это и есть сетчатка. Она располагается с внутренней стороны задней части глазного яблока. Ее нейроны и синапсы передают световую информацию от глаз в наш мозг. Повреждение сетчатки вызывает потерю зрения. Раньше считалось, что эта ткань не способна к восстановлению. Оказывается, все не так однозначно, надежда есть.
Контроль над клетками
Чтобы разобраться, как ученым из Гарвардской медицинской школы удалось принудить сетчатку глаза восстановиться, разберемся с понятием «биологический возраст».
И старые, и новые клетки содержат множество эпигенетических маркеров — метильных меток на ДНК и гистоновых белках. По набору меток на ДНК можно измерить биологический возраст, который также называют эпигенетическими часами.
Если бы ученые знали, как снизить биологический возраст клеток, то фактически изобрели бы бессмертие. Таких шокирующих заявлений пока нет. Зато еще несколько лет назад стал известен способ «обнуления» эпигенетического возраста. Его открыл японский ученый Синъя Яманака (山中 伸弥), за что получил Нобелевскую премию. Способ заключается в том, что в клетки вводят 4 фактора Яманаки (названы по имени ученого) или фактора транскрипции. Благодаря этой процедуре клетки становятся стволовыми, похожими на клетки на первых стадиях эмбриогенеза. Вместе с клетками обнуляется и возраст. Этот революционный метод невозможно использовать в отношении всего тела человека или обширных масс тканей. Однако его можно использовать местно и на заданное время, вызывая контролируемое репрограммирование клеток. Эту процедуру уже давно испытывают на модифицированных мышах.
В случае со зрением, американские ученые также обратились к подопытным грызунам. Специалисты разработали специализированный вектор, который получил название «аденовирусный». Его задача — доставка в клетки трех из четырех факторов Яманаки. Четвертый признали самым опасным, способным вызывать злокачественные опухоли, поэтому от него решили отказаться. Главное, что факторы доставляются адресно, а не просто вводятся в организм. Векторы активизируются только особым веществом — доксициклином. Остановить или запустить работу факторов ученые могут простым способом — добавить это вещество в питьевую воду грызунам.
Как проходил эксперимент?
На первом этапе ученые убедились в безопасности применения метода для мышей: ввели вектор особям разного возраста. Они наблюдали, как при активации вектора ведут себя молодые пятимесячные и пожилые двадцатимесячные мыши. Никаких существенных изменений не произошло.
На следующем этапе ученые испытали действие векторов на ганглионарных клетках сетчатки, которые служат проводниками нервных импульсов от глаз в мозг. Особенность этих клеток — способность регенерировать и отращивать новые аксоны у зародышей и новорожденных. Эти свойства теряются с возрастом. Поэтому при глаукоме атрофируется зрительный нерв.
Количество регенерирующих аксонов в зависимости от действия 1,2 или 3 факторов Яманаки
Мышам впрыснули внутрь глаз вирусные векторы. Напоив их доксициклином, запустили действие. После этого повредили зрительный нерв. И после ввели краситель для того, чтобы отметить отрастающие аксоны. В итоге, в зависимости от количества факторов (1, 2 или все 3) аксонов вырастало разное количество. Максимальный рост дало сочетание всех трех факторов. Результат был замечен как у молодых, так и у более зрелых особей. В теории (in vitro) похожий результат будет и для человеческих нейронов.
Далее ученые убедились в действии подхода в двух случаях: при повреждении глазного нерва в результате травмы и при возрастном падении остроты зрения.
У мышей с травмированными глазами искусственно вызвали глаукому, повысив глазное давлением введением микрогранул. После этого впрыснули факторы и активизировали их на месяц. Измерения показали, что в итоге удалось восстановить примерно 50% потерянного зрения.
Поразительно, но в случае с пожилыми мышами острота зрения почти вернулась до значений молодых особей. Ученые считают, что в теории это сработает и для людей.
С заявлением о способности сетчатки глаза к восстановлению ученые уже выступали пару месяцев назад. Тогда исследователи из Университета Джонса Хопкинса рассказали, что ее ткани могут регенерировать. Они выяснили, что в целом у млекопитающих есть потенциал к регенерации отдельных тканей, но эволюционное давление отключило его. Они считают, что отключение произошло в результате борьбы между регенерацией ЦНС и устойчивостью к паразитам. Однако на процесс можно повлиять, активировав правильные гены.
