Регенерация нервных клеток у животных

← Регенератор

Регенерация у животных Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона

Регенсбург →

Словник: Рабочая книжка — Резолюция. Источник: т. XXVI (1899): Рабочая книжка — Резолюция, с. 450—451 ( скан · индекс )

Регенерация — воспроизведение утерянных органов и тканей животными. Говоря вообще, можно принять, что чем выше организовано животное, тем слабее у него регенеративная способность. Простейшие восстановляют (регенерируют) любую часть своего тела, но при условии, чтобы регенерирующая часть клетки имела хотя бы часть ядра (макронуклеса); отрезки же, лишенные ядра, не регенерируют. Надо думать, что означенное явление стоит в связи с важной ролью клеточного ядра при усвоении пищи. Часть клетки, лишенная ядра, теряет способность усваивать пищевые вещества, а, следовательно, и расти. Точно так же кишечнополостные и многие черви одинаково обладают способностью восстановлять оба конца своего тела. Гидра и др. восстановляют как нижний слепой конец своего тела, так равно и верхний, несущий ротовое отверстие и щупальца. Турбеллярии, немертины, равно и более высоко организованные черви — как обыкновенный земляной червяк, восстановляют не только задний конец, но и передний, т. е. голову со всеми ее органами. Морские звезды и змеевики, у которых все пять лучей, составляющих их тело, построены одинаково, обладают высокой регенеративной способностью: каждый из лучей обладает способностью восстановлять недостающие. У более высоко стоящих форм, напр. у ракообразных, паукообразных, моллюсков, а также у многих позвоночных — регенеративная способность более ограничена и сводится лишь к восстановлению некоторых придатков тела. Раки и пауки — восстановляют оторванные конечности, моллюски тоже некоторые оторванные части (напр. сифоны), рыбы — непарные плавни, амфибии и ящерицы — оторванные конечности и хвост. Есть указание, что восстановление ноги наблюдалось у чижа, но это не проверено и вообще можно принять, что птицы и млекопитающие восстановляют при поранении лишь ткани, а не органы. Всего легче восстановляется мышечная и нервная ткань. Вообще же многие ткани как бы находятся в постоянном нормальном процессе Р.: так, роговой покров позвоночных отшелушивается на поверхности и образуется заново в глубине вследствие размножения более глубоко лежащих клеток. Иногда Р. делается нормальным периодическим явлением при известных отправлениях. Во время родов у высших млекопитающих каждый раз отпадает значительная часть или даже вся (у человека) слизистая оболочка матки и потом снова регенерирует. Однако означенное правило относительно ослабления регенеративной способности по мере поднятия вверх по животной лестнице при детальном его применении требует многих исключений: рыбы, напр., стоят ниже амфибий, а у них боковые плавни, соответствующие конечностям амфибий, не регенерируют, тогда как конечности амфибий регенерируют. Самый процесс Р. в большинстве случаев происходит таким образом, что утерянные тканевые элементы образуются на счет соответствующих тканей оставшихся частей: эпителий — на счет эпителия, соединительная ткань на счет соединительной ткани и т. д. Если же регенерируют целые органы, то в большинстве случаев они образуются на счет элементов того же эмбрионального пласта, на счет коего они развиваются у зародыша, причем при Р. органа наблюдается некоторое, хотя далеко не полное сходство с развитием его в зародышевом состоянии. Хотя в этом отношении существуют также исключения: так, хрусталик глаза амфибий развивается, как и у других позвоночных, из кожного (эктодермического слоя), а регенерирует при искусственном удалении на счет элементов радужины; но в других случаях, напр. у низших червей (турбелларий), наблюдалось и такое явление, что одна ткань (у турбеллярий паренхиматозная ткань, выполняющая промежутки между органами) восстановляет все недостающие органы, играя роль индифферентной регенеративной ткани. При Р. иногда происходит численное увеличение восстанавливающихся органов: так, давно было замечено, что при Р. конечности амфибий число пальцев иногда бывает более пяти, а ящерица образует иногда два хвоста вместо одного. Торнье показал, что если ящерице срезать хвост наискось, так, чтобы при этом был задет не один, а 2 или 3 позвонка, то у нее вырастает не один, а 2—3 хвоста, т. е. каждый пораненный позвонок образует хвост. Точно так же если отрезать лапку у тритона и зашить ранку лишь в ее средней части, так что вместо одной ранки образуется две, — то вырастают две лапки. Если срезать два правых и два левых пальца, а срединный не трогать, то с каждой стороны его вырастут не по 2, а по 4 пальца и получится 8-палая конечность. Иногда восстановляется орган не на том месте, где он был прежде, или даже такой орган, которого животное не имело. Такое явление названо гетероморфозом. Так, полипы вместо слепого конца (ноги) иногда восстанавливают другой рот с своим венчиком щупалец, и получается полип с двумя ртами и двумя венчиками щупалец. Восстановление переднего конца вместо заднего наблюдалось у турбеллярий. Точно так же у ракообразных, у которых сложные глаза сидят на стебельках, наблюдалось, что в случае удаления глаза вырастал усик с характерными чувствительными волосками и бывший прежде глазной нерв врастал в этот усик. В некоторых случаях подобного гетероморфоза, может быть, нужно видеть как бы возвращение к первобытному состоянию органа у предков данного животного. Во многих случаях регенеративная способность стоит в связи с способностью отбрасывать в момент опасности органы вследствие сильного конвульсивного сокращения мышц: рак отбрасывает таким образом клешни, будучи за них схвачен, ящерица — хвост, моллюск — сифон, а голотурии при раздражении — выбрасывают части кишечника и его придатков через задний проход или перешнуровываются на отдельные участки. Это явление получило название аутотомии и естественно сопровождается Р. утерянных частей.

Профессор, доктор биологических наук Л. Полежаев (Институт биологии развития АН СССР)

Как восстановить поврежденный орган или ткань, как вернуть им утраченную функцию? Хотя проблема эта чисто медицинская, основа ее биологическая. В настоящее время есть три пути ее решения: протезирование, пересадка (трансплантация) и регенерация.

Протезы, заменяющие утраченные руки, ноги, зубы, применяются уже давно и очень помогают людям. Но протез — все же не настоящий орган и функция его неполноценна.

Третий путь — регенерация, полное восстановление у граченных или поврежденных органов и тканен. Этот путь — в значительной степени путь будущего, но путь перспективный. Рассмотрим его детальнее.

Есть три основные формы восстановления поврежденной ткани: рубцевание, гипертрофия и регенерация. Заживают, рубцуются раны, образуется рубец или шрам, но поврежденные специфические ткани не восстанавливаются. При гипертрофии ткань, оставшаяся после частичного удаления органа, например, почки или печени, разрастается, приближаясь по величине к исходной, но прежняя форма, а главное, внутренняя структура органа не восстанавливается. Такое восстановление (более или менее полное, типичное или не совсем типичное) может дать лишь регенерация. Именно поэтому этот путь более всего и привлекает исследователей, занимающихся проблемой восстановления утраченных в результате болезни или травмы органов тела человека.

Сама мысль вырастить, например, новую руку, ногу или даже палец на месте ампутированных кажется фантастической. Но исследования последних лет и некоторые удачные опыты позволяют надеяться, что она в принципе осуществима и, может быть, не в столь уж отдалённом будущем.

Со времен Чарлза Дарвина известны основные правила регенерации: способность к регенерации понижается по мере усложнения организации животного, снижается она и с возрастом. У низших животных — гидр, плоских ресничных червей (планарий), дождевых червей — из отдельных кусочков тела восстанавливается целое животное. У низших позвоночных — тритонов, аксолотлей, саламандр — регенерируют уже только отдельные органы (конечности, хвосты, жабры, челюсти, нос). У млекопитающих и человека не восстанавливаются даже отдельные участки органов — части пальцев, уха, носа и др.

Но если природа не предусмотрела у высших организмов эту способность, то, может быть, ее можно вызвать искусственно?

Работа по этой интересной теоретически и практически чрезвычайно важной проблеме началась давно, причем в основном в Советском Союзе (хотя сейчас над ней работают многие ученые и за рубежом) и в настоящее время вылилась в особое направление — в учение о регенерации.

Вот эти наблюдения и натолкнули ученых на мысль попробовать искусственно разрушить ткани культи животного, не обладающего способностью к регенерации, искусственно заставить ее клетки упроститься, потерять свою специфику Может быть, тогда начнется регенерация?

Первые опыты такого рода были поставлены в нашей Лаборатории экспериментальной морфологии животных Института биологии развития АН СССР сначала на головастиках поздних стадий развития, на взрослых лягушках и, наконец, на новорожденных крысятах (за рубежом эти опыты идут также и на опоссумах). В опыте культю ампутированной конечности механически травмировали или подвергали специальному химическому воздействию, в результате чего клетки этой ткани теряли свою специфику, свою дифференцировку (впоследствии были найдены и другие способы создавать в организме животного способность к регенерации), и начиналось биологическое восстановление утраченной конечности. Подобные эксперименты проводились во многих лабораториях в нашей стране и за рубежом, и достоверность их не вызывает сомнений.

Установив закономерность воссоздания регенерационной способности конечностей у позвоночных, можно было перейти к работе над получением регенерации других органов и тканей у млекопитающих.

Известно, что длинные трубчатые кости в руках, ногах, пальцах после перелома хорошо восстанавливаются. Регенерация кости в данном случае происходит за счет надкостницы и идет путем так называемого эпиморфоза — ткань отрастает от краев области костного дефекта. А вот удаленный кусок черепной кости никогда не восстанавливается, даже если на месте остаются надкостница и вторая надкостница — твердая мозговая оболочка, и мозг остается незащищенным. Здесь обычно не помогает и трансплантация: пересаженная кость быстро рассасывается. Поэтому хирурги, как правило, закрывают отверстие в черепе неживыми материалами: танталом, органическим стеклом и другими. Однако это небезразлично для соседних с ними живых тканей.

Нашей лабораторией были предложены четыре новых биологических метода, которые позволили добиться полной регенерации черепной кости. Наиболее простой и эффективный из них — метод деструкции. Уже говорилось: чтобы вызвать регенерацию ткани, которая в обычных условиях не регенерирует, ее необходимо сильно разрушить. Так и в данном случае кусок костной ткани, размельченный до состояния опилок и смоченныи кровью реципиента, накладывается на твердую мозговую оболочку. После этого рану зашивают. Опилки быстро, в течение семи дней, полностью растворяются. Из них выделяются костеобразующие вещества, которые действуют на соседние клетки соединительной ткани, побуждая ее к превращению в типичную кость черепа, или, иначе говоря, индуцируют в ней костеобразование.

Регенерация здесь идет не обычным путем, когда кость отрастает от краев костного дефекта, или от надкостницы, или твердой мозговой обохочки, а путем индукции. Костные опилки являются индуктором, клетки молодой соединительной ткани — реагирующим материалом, а процесс регенерации кости идет по типу эмбриональной индукции, при которой зачаток одного развивающегося органа индуцирует образование другого. Без индуктора — костных опилок — молодая соединительная ткань превращается в рубец, под влиянием индуктора — в кость, заполняющую отверстие в черепе.

Подобный метод вызывает — пока еще в опытах на собаках — регенерацию разрушенных тканей зуба.

Эксперименты показали, что костные опилки можно помчать не только из черепных, но и из трубчатых, реберных и других костей. Мало того, эти опилки можно получать из кости другого животного и не только такого же вида (от одной собаки к другой), но даже от животного другого вида (например, кости кролика или коровы годятся для пересадки собаке).

Успешные эксперименты на собаках позволили перейти к операциям, с помощью которых удалось помочь людям. Сейчас уже прослежены отдаленные результаты операций, длительность некоторых наблюдений достигает 7—8 лет.

Цель дальнейших наших исследований — вызвать регенерацию мышечных волокон в поврежденной мышце сердца у млекопитающих.

И биологи, и врачи знают, что различного рода травмы мышцы сердца, залечиваясь, обязательно дают рубцы, не обладающие способностью к сокращению. Кроме того, в местах повреждения сердца, особенно при инфарктах миокарда, образуются очаги мертвой некротизированной ткани, которая неблагоприятно действует на сердце и его работу. Следовательно, чем быстрее рассосется некротизированная ткань и заживет очаг повреждения миокарда, тем это лучше для здоровья человека.

В нашей лаборатории, а затем и в ряде других лабораторий было показано, что при определенных условиях можно получить регенерацию мышечных волокон сердца у крыс, кроликов и собак. При восстановлении миокарда нормализуется электрокардиограмма и ряд физиологических и биохимических показателей.

Однако проблема эта остается все еще не решенной. В тех случаях, когда сердечная мышца восстанавливается в довольно большом объеме, эффект оказывается временным: через два месяца новообразованная ткань распадается. Если и удается добиться длительного сохранения мышечных волокон, то лишь в том случае, когда объем восстановленного участка весьма невелик.

Многое в проблеме по регенерации миокарда остается неясным, поэтому возбуждает споры и требует дальнейших исследований и проверки. Но работа в этой области продолжается, и есть уже опыты, когда удается получить длительное восстановление участков сердечных мышц, даже папиллярных или сосочковых.

В ходе этих исследовании было проведено специальное изыскание веществ, стимулирующих регенерацию миокарда, и средств, тормозящих и стимулирующих развитие рубца. При этом выявились весьма интересные и важные данные. Оказалось, например, что, применяя эти средства — каждое отдельно или в определенном сочетании,— удается увеличить время сохранения регенерированных сердечных мышечных волокон и их объем. Эти же средства ускоряют рассасывание некротизированной ткани и заживление мест повреждения, иначе говоря, значительно быстрее ликвидируют последствия инфарктов миокарда и некоторых других заболеваний мышцы сердца (в течение ряда лет такие исследования мы проводили в содружестве с другими институтами). Бесспорно, дальнейшая работа в этом направлении может иметь серьезное значение для лечения инфарктов миокарда, для быстрейшего восстановления работоспособности сердца.

Наконец, нельзя не упомянуть еще об одном направлении исследовании До сих пор многие медики и биологи убеждены в том, что нервные клетки не только у человека, но и у любых животных ни при каких условиях не могут восстанавливаться. А это значит что любая травма спинного или головного мозга обязательно влечет за собой неизлечимые, как правило, нарушения в деятельности организма — это может быть частичная или полная потеря способности двигаться, потеря речи, изменения в психике человека и т. д. Однако за последние годы наука обогатилась принципиально новыми данными на этот счёт.

Оказалось, что удаленные в эксперименте большие участки головного мозга рыб, тритонов, аксолотлей, личинок лягушек при наличии определенных условий полностью восстанавливаются. Удалось добиться (это сделали и американские и советские исследователи) и регенерации нервных проводников поврежденного спинного мозга у крыс, кошек собак. Позже удалось получить известный положительный результат при восстановлении поврежденного спинного мозга у людей. Это открывает новый путь для лечения параличей, вызванных травмой спинного мозга.

Однако надо сразу же оговориться, что эти методы пока еще недостаточно разработаны, их применение встречается с большими трудностями. Нужны еще многочисленные опыты на животных, прежде чем метод можно будет считать отработанным.

В нашей лаборатории поставлены опыты, которые показывают возможность стимулировать деление нервных клеток в головном мозге взрослых крыс, что сопровождается изменениями в работе высшей нервной деятельности, Делаются попытки вызвать подобного рода изменения в условиях патологии — при гипоксии. Гипоксия — это недостаточность кислорода в тканях. Нервные клетки очень чувствительны к недостатку кислорода и при значительной или длительной гипоксии погибают. Наши опыты показали, что при определенных условиях опыта даже в условиях гипоксии можно стимулировать восстановительные процессы в нервной ткани мозга у крыс. Пока применяемые нами методы еще очень несовершенны. Однако мы полагаем, эти первые данные могут послужить началом для новых и весьма важных исследований в биологии и медицине.

Конечно, сегодня можно пока говорить лишь об определенном направлении исследований в области регенерации, о перспективах. Реальной возможности и выращивать у человека ампутированные руки, ноги или хотя бы пальцы пока еще нет. Также рано говорить о регенерации мышцы сердца или нервной ткани головного мозга у человека. Однако все больше данных говорит за то, что проблема восстановления поврежденных или утраченных тканей, конечностей и участков жизненно важных органов у высших животных и человека в принципе разрешима. Над ней работают, над ней надо работать, и это может привести к важнейшим результатам, значение которых трудно переоценить.

Регенерация в природе

• Регенерация у животных
• Рост и регенерация гидры

Искусственным путем удавалась у некоторых растений регенерация из отдельных изолированных клеток и даже из отдельных изолированных протопластов, а у некоторых видов сифоновых водорослей – даже из небольших участков их многоядерной протоплазмы. Проявлению регенерации обычно способствует молодой возраст растения, хотя при этом, на слишком ранних стадиях онтогенеза орган может оказаться неспособным к регенерации. В целом же, регенерация, это биологическое приспособление, которое обеспечивает заживление (зарастание) ран, а также восстановление случайно утраченных органов, а нередко является основой вегетативное размножение целого ряда видов. Именно поэтому, регенерация, как способ вегетативного размножения, имеет большое значение для таких видов человеческой деятельности, как растениеводство, плодоводство, лесоводство, декоративное садоводство и др.

Регенерация в животном мире – это в широком смысле: образование новых структур взамен утраченных. А термин "регенерация" для названия этого явления впервые был предложен в 1712 французским учёным Р. Реомюром, когда он изучал востановление утраченных ног у речного рака. Позже была установлено, что у многих беспозвоночных регенерация целого организма возможна из небольшого кусочка тела, а вот у высокоорганизованных животных возможна регенерация лишь отдельные органы или их частей. У животных регенерация может происходить либо путём роста тканей на раневой поверхности, либо перестройкой оставшейся части органа в новый, либо путём роста остатка органа без изменения его формы.

Примеров регенерации в животном мире у разных групп много. Вот, например, у амфибий, возьмем представителя семейства настоящие саламандры (Salamandridae), из отряда хвостатых земноводных. Тело у саламандр плотное, окраска одноцветная чёрная, или с крупными жёлтыми или оранжево-жёлтыми пятнами; хвост сравнительно небольшой. У саламандр имеются хорошо развитые околоушные железы (паротиды), выделения которых у огненной саламандры ядовиты, а попадая на мелких животных, могут вызвать их гибель. Возможно поэтому, некоторые хищники хватают саламандру только за вполне съедобный хвост, который саламандра, чтобы остаться живой, без сожаления отбрасывает (автотомия), а со временем хвост восстанавливается, т.е. происходит его регенерация.

Из пресноводных беспозвоночных животных уникальной способностью к регенерации, обладает гидра (Hydrida), из класса гидроидных и типа кишечнополостных. Она имеет цилиндрическое тело, длиной до 1 см, которое прикрепляется к субстрату плоской подошвы, а на другом свободном конце тела находится рот, окруженный 4-20 щупальцами со стрекательными клетками. Гидра - это живое ископаемое, которое встречалось еще 700 млн. лет назад. Гидры обладают исключительно высокой способностью к регенерации, что было установлено в середине 18 века швейцарским натуралистом Трамбле Абраамом. Изучая гидру, он открыл явление регенерации целого организма из его части или даже из массы отдельных клеток. Исследователь установил, сто если гидру разрезать пополам, то всего через три дня она воссоздает вторую половину тела. До сих пор не понятно, как это происходит!

Как показали современные исследования восстановление поврежденных участков органов и тканей обеспечивают стволовые клетки. Стволовые клетки входят в состав постоянно обновляющихся тканей животных и именно они способны в процессе развития эмбриона к дифференцировке, когда первоначально одинаковых клетки превращаются в специализированные. Если большинство животных с возрастом практически утрачивают способность к производству стволовых клеток, то у гидры - не утрачивается, а все происходит так, как будто мы имеем дело с вечным эмбрионом.

В отличие от гидры, у которой стволовые клетки расположены в середине тела, а у планарии стволовые клетки расположены по всему телу. Планарии это свободноживущие, широко распространенные (в пресных водах, реже в морях а в тропиках и на почве) ресничные черви, некоторые из них бывают длиной до 35 см. Когда в лабораторных условиях планарию разрезали на части в области хвоста, головы, шеи и туловища, то через некоторое время из каждого кусочка появляется новое независимое существо. При этом было установлено, что на каждом месте разреза у планарии образуются стволовые клетки. Интересен и такой опыт с планарией. Ученый отсек планарии голову и сделал продольный разрез тела. В результате, через определенный период времени произошло восстановление планарии но уже с двумя головами!

О частичной регенерации человеку было известно и ранее. Так, у морских обитателей - крабов и омаров, при обламывании клешни, со временем восстанавливают ее. На суше к регенерации утраченного хвоста способны ящерицы. Некоторые амфибии обладают способностью к регенерация лапок. Если аксолотль (личинка хвостатых земноводных - амбистом, способная к неотении, т.е. к размножению на личиночной стадии) потерял лапку, то со временем у него отрастает новая лапка со всеми 4-мя пальцами. При этом регенерация конечности происходит потому, что клетки вокруг ранки становятся стволовыми (хотя они не были таковыми до ампутации) и начинается процесс строительства. А если в лапке аксолотля делали искусственный надрез, через который вытаскивали кусочек нерва и затем оборачивали его кусочком кожи, то на этом месте со временем вырастает еще одна конечность. Интересной способностью к регенерации обладает и тритон. У него способны к восстановлению челюсти и глаза.

Некоторые животные способны восстанавливать утраченные части тела. А может ли человек восстанавливать утраченные органы? Регенерация у человека (как и у животных) - образование новых структур взамен удалённых либо погибших в результате повреждения (репаративная регенерация) или утраченных в процессе нормальной жизнедеятельности (физиологическая регенерация); вторичное развитие, вызванное утратой развившегося ранее органа.

Специально проведенные исследования показали, что у млекопитающих и человека целые наружные органы к регенерации не способны, зато их внутренние органы, а также мышцы, скелет и кожа способны к частичной регенерации. Уникальной способностью к регенерации обладает печень, и это притом, что клетки печени – не стволовые, но они могут быстро размножаться, как только получено повреждение этого органа. Поэтому, даже при удалении 70% печени она регенерирует.

В настоящее время в центре внимания ученых находятся стволовые клетки. Во взрослом организме стволовые клетки находятся, в основном, в костном мозге и, в очень небольших количествах, во всех органах и тканях: в коже, мышцах, жире, кишечнике, нервной ткани и даже сетчатке глаза. Недавно обнаружено, что некоторые клетки взрослого организма человека, по-видимому, хотя бы отчасти обладают способностью порождать стволовые клетки, характерные для эмбриона. Пуповина новорожденных детей - источник стволовых клеток, обладающих мощным потенциалом…

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.

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.

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.

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.

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.

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