Некоторые ткани человеческого организма восстанавливаются удивительно быстро. Например, роговица глаза может зажить после небольшого повреждения всего за сутки. Однако головной мозг к таким органам не относится. Большинство нейронов формируются в раннем возрасте и сохраняются на протяжении всей жизни, практически не обновляясь. Именно поэтому инсульт, черепно-мозговая травма или другие поражения мозга часто приводят к долговременным и тяжёлым последствиям.

Учёные давно рассматривают терапию стволовыми клетками как возможный путь восстановления утраченных функций, но до сих пор эти попытки сталкивались с серьёзными препятствиями.

Одной из главных проблем является сама среда повреждённого мозга. В развивающемся мозге стволовые клетки получают чёткие сигналы, помогающие им превращаться в нейроны и встраиваться в нервные цепи. После инсульта ситуация иная: в месте поражения формируется полость, заполненная воспалительными молекулами, а вокруг неё образуется плотная рубцовая ткань. Такая среда не только враждебна для пересаженных клеток, но и препятствует восстановлению нервных связей.

Исследователи из Института медицинских открытий Сэнфорд Бёрнэм Пребис и Медицинской школы Национального университета Сингапура представили результаты работы, опубликованной в журнале Cell Stem Cell, в которой им удалось преодолеть эти ограничения.

Учёные разработали терапию на основе человеческих стволовых клеток, дополненную специальной смесью малых молекул и структурных белков, поддерживающих выживание клеток. При пересадке в мозг мышей с моделью инсульта клетки не только выживали в неблагоприятной среде, но и разрастались, заполняя повреждённую область.

Однако ключевым вопросом оставалось не просто выживание новых нейронов, а их способность встраиваться в существующие нейронные сети. С помощью трёхмерной реконструкции исследователи показали, что отростки пересаженных нейронов формируют структуры, характерные для нормальных путей, соединяющих кору головного мозга со спинным мозгом. Это означало, что клетки не создают хаотичные связи, а воспроизводят утраченные нервные «мосты».

Дополнительный анализ с использованием генетической маркировки и секвенирования экспрессии генов показал, что разные типы пересаженных нейронов обладают собственными «внутренними программами», определяющими, куда именно они направляют свои отростки.

Машинное обучение позволило выделить несколько подтипов нейронов, каждый из которых формировал связи с определёнными отделами мозга. Изменение работы отдельных регуляторных белков приводило к заметным сдвигам в направлении роста этих связей.

По словам авторов, это открытие принципиально важно, поскольку показывает, что при правильном подборе клеток они уже «знают», как восстановить утраченные цепи. Работа открывает перспективы создания более точной и предсказуемой клеточной терапии для лечения инсульта и других тяжёлых неврологических заболеваний.