Серотонин – нейромедиатор, участвующий в регуляции настроения и психического состояния – был связан с многими неврологическими и психическими заболеваниями, включая депрессию. Но, поскольку не было никакого способа получить живые человеческие серотониновые нейроны для изучения этих заболеваний, большинство исследований серотонина были проведены на лабораторных животных.

Клетки с ядрами Клетки с ядрами (отмечены синим цветом) изначально были человеческими фибробластами, некоторые из которых были конвертированы в нейроны, вырабатывающие серотонин (зеленый цвет), тогда как другие были преобразованы для производства другого нейрон-специфического белка. Желтый, салатовый и другие цвета – результат перекрытия меток.

 

Теперь исследователи из Университета в Буффало создали человеческие серотониновые нейроны из человеческих фибробластов – клеток, которые дают рост соединительной ткани в организме.

Исследователи говорят, что их выводы применимы к созданию многих других, ранее недоступных, типов человеческих клеток, что очень удобно для медицинских исследований и разработки препаратов.

«Наша работа демонстрирует, что драгоценные серотониновые нейроны, скрытые глубоко внутри человеческого мозга, теперь могут быть созданы в чашке Петри», — сказал ведущий автор Цзянь Фэн, доктор философии, профессор кафедры физиологии и биофизики а Школе медицины и биомедицинских наук на базе Университета в Буффало. Профессор Фэн также имеет должность в Системе здравоохранения по делам ветеранов Западного Нью-Йорка в Буффало.

Статья была опубликована на сайте журнала Molecular Psychiatry. Работа основывается на предыдущих исследованиях, показавших, что человеческие фибробласты могут быть конвертированы в нейроны, используя специализированные факторы транскрипции, которые связываются с генами, активируя или инактивируя их.

Создание серотониновых нейронов

Профессор Фэн говорит, что исследование демонстрирует первое прямое преобразование человеческих фибробластов в серотонинергические нейроны. Эти «индуцированные серотонинергические нейроны» ведут себя как серотониновые нейроны в головном мозге человека.

«Мы знаем, что клетки были конвертированы в серотонинергические нейроны, так как они экспрессировали белки, которые обнаруживаются только в нейронах, вырабатывающих серотонин», — объяснил профессор Фэн. – Они электрофизиологически активны и демонстрируют контролированное высвобождение и селективное поглощение серотонина».

Исследователи обнаружили, что они могут производить индуцированные серотонинергические нейроны из фибробластов путем введения четырех генов, которые контролируют развитие серотониновых нейронов. «Эти гены изменяют то, как считывается человеческий геном, так что клетки переключаются с легочных клеток на серотониновые нейроны», — говорит профессор Фэн.

«С помощью этой новой технологии, ученые могут создавать серотониновые нейроны пациента, страдающего психическими заболеваниями, связанными с серотонином», — сказал он.

Хотя статья посвящена превращению легочных фибробластов в серотониновые нейроны, ученые из Университета в Буффало также работали над созданием серотониновых нейронов из клеток кожи человека, что может быть еще более простой и менее инвазивной процедурой.

Универсальная технология

Такие индуцированные серотониновые нейроны были бы чрезвычайно полезны, так как они могут быть созданы из индивидуальных пациентов, страдающих от заболеваний, связанных с этим нейромедиатором.

«Эти специфические для пациента серотониновые нейроны будут очень полезны для разработки новых препаратов для лечения заболеваний, от депрессии и тревоги до обсессивно-компульсивного расстройства и многих других, — говорит профессор Фэн. – Они не только дадут возможность исследователям изучать, почему у некоторых людей развивается болезнь, но и выяснить, что можно сделать, чтобы ее лечить».

Профессор Фэн оптимистически заявляет, что технология достаточно универсальна, чтобы быть использованной для создания других новых клеток и тканей: «Это исследование показало, что возможно конвертировать один тип клеток в другие типы, к которым было трудно получить доступ, таким как нейроны или сердечные клетки. Все, что нам нужно сделать, — это узнать комбинацию необходимых факторов транскрипции. Рано или поздно, мы обнаружим эти комбинации, так что мы сможем регенерировать клетки и, в конечном итоге, ткани, которые будут имитировать настоящие клетки и ткани в организме».