Teadlased on tüvirakkudest kasvatanud üle 400 tüüpi närvirakke

Närvirakud ei ole lihtsalt närvirakud. Kui neid piisavalt detailselt uurida, viitavad uusimad hinnangud sellele, et inimese ajus on mitu sada või isegi mitu tuhat erinevat tüüpi närvirakke. Need tüübid erinevad oma funktsioonide, jätkete arvu ja pikkuse ning omavahelise ühenduvuse poolest. Nad vabastavad sünapsidesse erinevaid neurotransmittereid ja olenevalt ajupiirkonnast – näiteks ajukoorest või keskajust – on aktiivsed erinevat tüüpi rakud.

Kui teadlased kasvatasid katsete jaoks Petri tassides tüvirakkudest närvirakke, ei osanud nad kogu seda mitmekesisust seletada. Kuni viimase ajani olid teadlased välja töötanud meetodid vaid mõnekümne erinevat tüüpi närvirakkude in vitro kasvatamiseks. Selleks kasutasid nad geenitehnoloogia meetodeid või lisasid signaalimolekule, et aktiveerida spetsiifilisi rakusiseseid signaaliülekande teid. Kuid nad polnud kunagi jõudnud lähedalegi sellele, et tabada sadade või tuhandete erinevat tüüpi närvirakkude mitmekesisust, mis kehas eksisteerivad.

"Tüvirakkudest saadud neuroneid kasutatakse sageli haiguste uurimiseks. Kuid seni on teadlased sageli ignoreerinud, millist tüüpi neuronitega nad töötavad," ütleb Barbara Treutlein, Baseli ETH Zürichi biosüsteemide teaduse ja tehnika osakonna professor.

Siiski ütleb ta, et see pole sellise töö puhul parim lähenemisviis.

"Kui tahame arendada rakumudeleid selliste haiguste ja häirete nagu Alzheimeri tõbi, Parkinsoni tõbi ja depressioon uurimiseks, peame arvestama patoloogilises protsessis osalevate närvirakkude spetsiifilise tüübiga."

Süstemaatiline sõeluuring kui edu võti

Treutlein ja tema meeskond on nüüdseks edukalt tootnud üle 400 erinevat tüüpi närviraku, sillutades teed täpsematele fundamentaalsetele neuroloogilistele uuringutele, kasutades rakukultuure.

ETH teadlased saavutasid selle, töötades inimese indutseeritud pluripotentsete tüvirakkude kultuuriga, mis pärinesid vererakkudest. Nendes rakkudes konstrueerisid nad geneetiliselt teatud neuronite regulatiivseid geene ja töödeldi rakke erinevate morfogeenidega – spetsiaalse signaalimolekulide klassiga. Treutleini meeskond kasutas süstemaatilist lähenemisviisi: seitse morfogeeni erinevates kombinatsioonides ja kontsentratsioonides oma sõeluuringutes. See andis lõpuks tulemuseks peaaegu 200 erinevat katsetingimuste komplekti.

Morfogeenid

Morfogeenid on embrüonaalse arengu uuringutest tuntud signaalained. Need on embrüos ebaühtlaselt jaotunud ja erinevates kontsentratsioonides moodustavad ruumilisi gradiente. Seega määravad nad rakkude asukoha embrüos – näiteks, kas rakk on keha teljele lähemal või asub seljal, kõhul, peas või torso piirkonnas. Seega aitavad morfogeenid määrata, millised struktuurid moodustuvad keha erinevates osades.

Teadlased kasutasid mitmesuguseid analüüsitehnikaid, et näidata, et neil oli katses õnnestunud saada üle 400 erinevat tüüpi närviraku. Nad uurisid RNA-d (ja seega geneetilist aktiivsust) üksikute rakkude tasandil, samuti rakkude välimust ja funktsiooni, näiteks milliseid rakuprotsesse neil oli ja milliseid elektrilisi närviimpulsse nad kiirgasid.

Seejärel võrdlesid teadlased oma andmeid inimese aju neuronite andmebaasidest pärit teabega. See võimaldas neil kindlaks teha loodud närvirakkude tüübid, näiteks perifeerse närvisüsteemi rakud või ajurakud, samuti ajupiirkonna, kust need pärinevad ja mille eest need rakud vastutavad – valu, külma, liikumise jms tajumine.

In vitro neuronid toimeainete otsimiseks

Treutleini sõnul on nad veel kaugel võimest toota in vitro kõiki kehas eksisteerivaid närvirakkude tüüpe. Siiski on teadlastel nüüd juurdepääs palju rohkematele erinevat tüüpi rakkudele kui varem.

Nad tahavad kasutada in vitro kasvatatud neuroneid rakumudelite väljatöötamiseks tõsiste neuroloogiliste haiguste, sealhulgas skisofreenia, Alzheimeri tõve, Parkinsoni tõve, epilepsia, unehäirete ja sclerosis multiplex'i uurimiseks. Sellised rakumudelid pakuvad suurt huvi ka farmaatsiauuringute jaoks, võimaldades testida uute aktiivsete ühendite toimet rakukultuurides ilma loomi kasutamata, mille lõppeesmärk on ühel päeval õppida, kuidas neid haigusi ravida.

Tulevikus võiks neid rakke kasutada ka rakkude asendusravis, mille käigus haiged või surnud ajurakud asendatakse uute inimese rakkudega.

Aga enne, kui see juhtuda saab, tuleb lahendada üks probleem: oma katsetes tootsid teadlased sageli segu mitut erinevat tüüpi närvirakkudest. Nüüd töötavad nad meetodi optimeerimise kallal, et iga katsetingimus tooks kaasa ainult ühte kindlat tüüpi rakke. Neil on juba olemas mõned esialgsed ideed, kuidas seda teha.