Травматические повреждения головного и спинного мозга и зрительного нерва в центральной нервной системе (ЦНС) являются основной причиной инвалидности и второй по значимости причиной смерти во всем мире. Повреждения ЦНС часто приводят к катастрофической потере сенсорных, моторных и зрительных функций, что является наиболее сложной проблемой, с которой сталкиваются клиницисты и ученые-исследователи. Нейробиологи из Городского университета Гонконга (CityU) недавно идентифицировали и продемонстрировали небольшую молекулу, которая может эффективно стимулировать регенерацию нервов и восстанавливать зрительные функции после повреждения зрительного нерва, что дает большие надежды пациентам с повреждением зрительного нерва, таким как потеря зрения, связанная с глаукомой.
В настоящее время не существует эффективного лечения травматических повреждений ЦНС, поэтому существует неотложная потребность в потенциальном лекарственном средстве, способствующем восстановлению ЦНС и, в конечном итоге, полному восстановлению функций, таких как зрительная функция, у пациентов».
Доктор Эдди Ма Чи-хим, заместитель руководителя и доцент кафедры неврологии и директор отдела лабораторных исследований животных в CityU.
Усиление митохондриальной динамики и подвижности является ключом к успешной регенерации аксонов.
Аксоны, которые представляют собой кабельную структуру, отходящую от нейронов (нервных клеток), отвечают за передачу сигналов между нейронами и от мозга к мышцам и железам. Первым шагом для успешной регенерации аксонов является формирование активных конусов роста и активация программы повторного роста, включающая синтез и транспорт материалов для повторного роста аксонов. Все это энергозатратные процессы, которые требуют активного транспорта митохондрий (электростанции клетки) к поврежденным аксонам на дистальном конце.
Таким образом, поврежденные нейроны сталкиваются с особыми проблемами, которые требуют дальнего транспорта митохондрий от сомы (тела клетки) к дистальным регенерирующим аксонам, где митохондрии аксонов у взрослых в основном стационарны, а локальное потребление энергии имеет решающее значение для регенерации аксонов.
Исследовательская группа под руководством доктора Ма определила терапевтическую небольшую молекулу M1, которая может увеличить слияние и подвижность митохондрий, что приводит к устойчивой регенерации аксонов на большом расстоянии. Регенерированные аксоны вызывали нейронную активность в целевых областях мозга и восстанавливали зрительные функции в течение четырех-шести недель после повреждения зрительного нерва у мышей, получавших М 1.
Небольшая молекула M1 способствует динамике митохондрий и поддерживает регенерацию аксонов на большом расстоянии.
«Фоторецепторы в глазах [сетчатке] передают визуальную информацию к нейронам сетчатки. Чтобы облегчить восстановление зрительной функции после травмы, аксоны нейронов должны восстанавливаться через зрительный нерв и передавать нервные импульсы к зрительным мишеням в мозге через зрительного нерва для обработки и формирования изображений», — объяснил доктор Ма.
Чтобы выяснить, может ли M1 способствовать регенерации аксонов на большом расстоянии после травм ЦНС, исследовательская группа оценила степень регенерации аксонов у мышей, получавших M1, через четыре недели после травмы. Поразительно, но большинство регенерирующих аксонов у мышей, получавших М 1, достигали 4 мм дистальнее места раздавливания (т.е. вблизи перекреста зрительных нервов), в то время как у контрольных мышей, получавших носитель, регенерирующих аксонов обнаружено не было. У мышей, получавших M1, выживаемость ганглиозных клеток сетчатки (RGC, нейронов, которые передают зрительные стимулы от глаза к мозгу) была значительно увеличена с 19% до 33% через четыре недели после повреждения зрительного нерва.
«Это указывает на то, что лечение M1 поддерживает регенерацию аксонов на большом расстоянии от перекреста зрительных нервов, то есть на полпути между глазами и целевой областью мозга, до нескольких подкорковых зрительных целей в мозге. Регенерированные аксоны вызывают нейронную активность в целевых областях мозга и восстанавливают зрительные функции. После лечения M1», — добавил доктор Ма.
Лечение М 1 восстанавливает зрительную функцию
Чтобы дополнительно изучить, может ли лечение M1 восстановить зрительную функцию, исследовательская группа провела у мышей, получавших M1, тест на зрачковый световой рефлекс через шесть недель после травмы зрительного нерва. Они обнаружили, что поврежденные глаза мышей, получавших M1, восстанавливали реакцию сужения зрачка при освещении синим светом до уровня, аналогичного таковому у неповрежденных глаз, что позволяет предположить, что лечение M1 может восстановить реакцию сужения зрачка после повреждений зрительного нерва.
Кроме того, исследовательская группа оценила реакцию мышей на надвигающийся раздражитель — визуальную врожденную защитную реакцию, направленную на то, чтобы избежать хищников. Мышей помещали в открытую камеру с укрытием в форме треугольной призмы и быстро расширяющимся черным кругом над головой в качестве надвигающегося стимула, и наблюдали за их поведением в виде замирания и побега. Половина мышей, получавших M1, реагировала на стимул, прячась в убежище, показывая, что M1 индуцирует сильную регенерацию аксонов для реиннервации подкорковых зрительных областей мозга-мишеней для полного восстановления их зрительной функции.
Возможное клиническое применение M1 для лечения повреждений нервной системы
Семилетнее исследование подчеркивает потенциал легкодоступной невирусной терапии для восстановления ЦНС, которая основана на предыдущем исследовании команды по регенерации периферических нервов с использованием генной терапии.
«На этот раз мы использовали маленькую молекулу M1 для восстановления ЦНС просто путем интравитреальной инъекции в глаза, что является установленной медицинской процедурой для пациентов, например, для лечения дегенерации желтого пятна. Успешное восстановление зрительных функций, таких как рефлекс зрачка на свет и реакция на визуальные стимулы наблюдалась у мышей, получавших M1, через четыре-шесть недель после повреждения зрительного нерва», — сказал доктор Ау Нган-пан, научный сотрудник Департамента неврологии.
Команда также разрабатывает животную модель для лечения потери зрения, связанной с глаукомой, с использованием M1 и, возможно, других распространенных заболеваний глаз и нарушений зрения, таких как ретинопатия, связанная с диабетом, дегенерация желтого пятна и травматическая оптическая невропатия. Таким образом, необходимы дальнейшие исследования для оценки потенциального клинического применения M1. «Этот исследовательский прорыв знаменует собой новый подход, который может удовлетворить неудовлетворенные медицинские потребности в ускорении функционального восстановления в течение ограниченного терапевтического периода времени после травм ЦНС», — сказал доктор Ма.
Результаты были опубликованы в международном научном журнале Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) под заголовком «Небольшая молекула M1 способствует регенерации зрительного нерва для восстановления целенаправленной нейронной активности и зрительной функции».
Д-р Ау и д-р Ма являются соответственно первым автором и автором-корреспондентом статьи. Другой сотрудник — доктор Винсент Ко Чи-чиу, доцент кафедры химии CityU. Исследование финансировалось CityU и Советом по исследовательским грантам Гонконга.
Источник:
Городской университет Гонконга
Ссылка на журнал:
Ау, НПБ и др. (2022) Небольшая молекула M1 способствует регенерации зрительного нерва для восстановления целенаправленной нейронной активности и зрительной функции. ПНАС. doi.org/10.1073/pnas.2121273119.
Приветствую всех. Ежедневные, актуальные и срочные новости тут
