Прорыв в исследованиях нервно-мышечных заболеваний: инновационная 2D-модель ускоряет разработку лекарств

к Лиам О'Коннор
5 Комментарии
Neuromuscular Research

Команда исследователей достигла значительного прорыва в понимании нервно-мышечных расстройств, создав двумерную модель нервно-мышечных соединений из плюрипотентных стволовых клеток. Эта разработка расширяет возможности высокопроизводительного тестирования наркотиков, дополняя более раннюю работу команды над трехмерными органоидами. (Концептуальная иллюстрация предоставлена SciTechPost.com)

Новая двумерная модель является ключевым инструментом в исследовании нервно-мышечных заболеваний, способствуя более эффективным испытаниям лекарств и углубляя наше понимание таких состояний, как спинальная мышечная атрофия и боковой амиотрофический склероз.

Выявлено около 800 различных нервно-мышечных заболеваний, все из которых связаны с дисфункциями взаимодействия между мышечными клетками, мотонейронами и периферическими клетками. Эти расстройства, в том числе боковой амиотрофический склероз и спинальная мышечная атрофия, могут привести к мышечной слабости, параличу, а иногда и к смерти.

Доктор Мина Гути, возглавляющая лабораторию моделирования развития и заболеваний стволовыми клетками в Центре Макса Дельбрюка, объясняет, что эти заболевания сложны, и их причины сильно различаются. Проблемы могут возникнуть в нейронах, мышечных клетках или их соединениях. «Чтобы эффективно определить методы лечения, нам нужны модели клеточных культур, специфичные для человека, для изучения взаимодействия между мотонейронами спинного мозга и мышечными клетками», — заявляет доктор Гути.

Новаторские исследования с органоидами

Ранее команда доктора Гути разработала трехмерную нервно-мышечную органоидную систему. «Наша цель включает в себя использование наших культур для обширного тестирования на наркотики», — отмечает доктор Гути. Однако большой размер этих трехмерных органоидов ограничивает их долговечность в 96-луночной культуральной чашке, используемой для высокопроизводительного скрининга лекарств.

Двумерная, самоорганизующаяся модель нервно-мышечных соединений с участием стволовых клеток человека была создана международной командой под руководством доктора Гути. Эта модель включает нейроны, мышечные клетки и нервно-мышечные соединения, необходимые для взаимодействия клеток. Эти результаты были опубликованы в журнале Nature Communications.

«Эта 2D-модель позволит нам проводить высокопроизводительный скрининг лекарств на различные нервно-мышечные заболевания с последующим детальным изучением наиболее перспективных кандидатов с использованием органоидов, специфичных для пациента», — добавляет доктор Гути.

Создание 2D нервно-мышечной модели

Чтобы создать эту модель, команда сначала изучила, как моторные нейроны и мышечные клетки развиваются у эмбрионов. Хотя команда доктора Гути сама не проводит исследования эмбрионов, она использует различные линии стволовых клеток человека в соответствии со строгими правилами, включая линии индуцированных плюрипотентных стволовых клеток (иПСК).

«Мы исследовали множество гипотез и обнаружили, что клетки, необходимые для функциональных нервно-мышечных связей, происходят из нейромезодермальных клеток-предшественников», — утверждает Алессия Урзи, докторант и ведущий автор статьи.

Урзи идентифицировал комбинацию сигнальных молекул, которые побуждают стволовые клетки человека превращаться в функциональные мотонейроны и мышечные клетки, наполненные необходимыми связями. «Наблюдение за сокращением мышечных клеток под микроскопом стало ярким свидетельством того, что мы на правильном пути», — вспоминает Урзи.

Команда также отметила, что после дифференцировки клетки спонтанно организуются в области мышечных и нервных клеток, образуя мозаичный узор.

Достижения в нейромышечных исследованиях с помощью оптогенетики

Мышечные клетки в культуральной чашке сокращаются спонтанно благодаря их связи с нейронами, хотя и без постоянного ритма. Чтобы решить эту проблему, Урзи и Гути сотрудничали с Charité – Universitätsmedizin Berlin, применив оптогенетику для стимуляции двигательных нейронов. Этот метод, включающий активацию, индуцированную светом, позволил синхронизировать сокращения мышечных клеток, более точно имитируя физиологические состояния внутри организма.

Моделирование и оценка спинальной мышечной атрофии

Для проверки модели Урзи использовал иПСК пациентов со спинальной мышечной атрофией — тяжелым заболеванием, поражающим младенцев. Нервно-мышечные культуры, полученные из этих индивидуальных иПСК, демонстрировали значительные проблемы с сокращением, что отражает патологию, наблюдаемую у пациентов.

Доктор Гути рассматривает 2D и 3D культуры как важные инструменты для детального исследования нервно-мышечных заболеваний и тестирования более эффективных, персонализированных методов лечения. Следующий шаг включает в себя обширный скрининг лекарств для открытия новых методов лечения спинальной мышечной атрофии и пациентов с боковым амиотрофическим склерозом. «Наша цель — увидеть, сможем ли мы добиться улучшения результатов лечения пациентов с помощью новых комбинаций лекарств», — заключает доктор Гути.

Ссылка: «Эффективное создание модели самоорганизующихся нервно-мышечных соединений из плюрипотентных стволовых клеток человека», Алессия Урзи и др., 19 декабря 2023 г., Nature Communications.
DOI: 10.1038/s41467-023-43781-3

Часто задаваемые вопросы (FAQ) о нервно-мышечных исследованиях

Каково значение новой двумерной нервно-мышечной модели?

Новая 2D нервно-мышечная модель, разработанная на основе плюрипотентных стволовых клеток, имеет решающее значение для улучшения понимания и лечения нервно-мышечных заболеваний. Это облегчает эффективное тестирование лекарств и обеспечивает более глубокое понимание таких состояний, как спинальная мышечная атрофия и боковой амиотрофический склероз.

Как 2D-модель улучшает тестирование лекарств при нервно-мышечных заболеваниях?

2D-модель позволяет проводить высокопроизводительный скрининг лекарств, позволяя исследователям эффективно тестировать и оценивать эффективность различных лекарств при нервно-мышечных заболеваниях. За этим скринингом следуют детальные исследования наиболее перспективных кандидатов на лекарства с использованием органоидов, специфичных для пациента.

Какие проблемы возникают при изучении нервно-мышечных заболеваний?

Нервно-мышечные заболевания сложны и имеют различные причины, часто возникающие из-за проблем во взаимодействии между мышечными клетками, мотонейронами и периферическими клетками. Эти сложности затрудняют понимание и разработку эффективных методов лечения.

Как оптогенетика способствует нейромышечным исследованиям?

Оптогенетика, использованная исследователями в этом исследовании, позволяет активировать двигательные нейроны посредством света, что приводит к синхронизированным сокращениям мышечных клеток. Этот метод помогает более точно имитировать физиологические условия внутри организма.

Какие дальнейшие шаги планируются в этой области исследований?

Следующие шаги включают проведение обширного скрининга лекарств для открытия новых методов лечения таких заболеваний, как спинальная мышечная атрофия и боковой амиотрофический склероз. Цель состоит в том, чтобы улучшить результаты лечения пациентов с помощью новых комбинаций препаратов и персонализированных подходов к лечению.

Подробнее о нервно-мышечных исследованиях

  • Понимание нервно-мышечных заболеваний
  • Достижения в области исследований стволовых клеток
  • Высокопроизводительные методы скрининга наркотиков
  • Спинальная мышечная атрофия: обзор
  • Исследование бокового амиотрофического склероза (АЛС)
  • Роль оптогенетики в медицинских исследованиях
  • Инновации в моделях нервно-мышечных соединений
  • Важность плюрипотентных стволовых клеток
  • Персонализированная медицина при нервно-мышечных заболеваниях
  • Будущие направления в лечении нервно-мышечных заболеваний

Вам также может понравиться

5 Комментарии

Джон_84 1ТП2Т - 1ТП3Т

я не эксперт, но это звучит довольно сложно. Как именно работает использование света для управления нейронами?

Отвечать
КаренП 1ТП2Т - 1ТП3Т

у моего дяди БАС, и чтение об этом дает мне некоторую надежду. Удивительно представить, как далеко мы продвинулись в медицинских исследованиях. Продолжайте в том же духе, исследователи!

Отвечать
TechGeek123 1ТП2Т - 1ТП3Т

Интересная статья, но есть ли какие-либо этические опасения по поводу такого использования стволовых клеток? было бы здорово узнать больше об этом аспекте.

Отвечать
Миа Джонсон 1ТП2Т - 1ТП3Т

вау, это действительно меняет правила игры в медицинской науке! Похоже, что 2D-модель действительно может ускорить поиск новых методов лечения БАС и других заболеваний.

Отвечать
НаукаFan101 1ТП2Т - 1ТП3Т

Это впечатляющая работа доктора Гути и ее команды: использование стволовых клеток для этого является суперинновационным. Интересно, как скоро мы увидим, как эти открытия окажут реальное влияние.

Отвечать

Оставить комментарий

* Используя эту форму, вы соглашаетесь с хранением и обработкой ваших данных на этом сайте.

1ТП1Т — веб-ресурс, посвященный предоставлению актуальной информации о быстро меняющемся мире науки и технологий. Наша миссия — сделать науку и технологии доступными для всех через нашу платформу, объединяя экспертов, новаторов и ученых, чтобы поделиться своими знаниями и опытом.

Подписаться

Подпишитесь на мою рассылку, чтобы получать новые сообщения в блоге, советы и новые фотографии. Давайте оставаться в курсе!

© 2023 1ТП1Т

ru_RUРусский