Инженеры MIT разработали устройство, имитирующее передачу импульса от нейрона к мышце
Специальное устройство для изучения соединений нервных и мышечных клеток позволит приблизиться к созданию лекарства от бокового амиотрофического склероза (БАС).
Инженеры Массачусетского технологического института (MIT) создали специальный чип, воссоздающий нейромышечное соединение – сцепку между двигательными нейронами (клетками спинного мозга, заставляющими мышцы сокращаться) и мышечными клетками. Это приспособление позволит ученым понять, как именно нейроны заставляют работать мышцы. Открытия, которые можно совершить в этой области, помогут в исследовании таких нейромышечных заболеваний, как в том числе и боковой амиотрофический склероз (БАС).
«Нарушения, возникающие в соединений нервной (нейрон) и мышечной (миоцит) клеток, часто приводят к значительным, иногда смертельным последствиям. Эта тема открывает огромное поле для исследований, — сообщает в новом отчете Себастьян Узель (Sebastien Uzel), сотрудник отдела технического проектирования MIT. – Мы очень надеемся, что, смоделировав взаимодействие нейронов и мышечных клеток, мы научимся понимать, что приводит к возникновению некоторых заболеваний».
В течение многих лет ученые изучали взаимодействие нервных и мышечных клеток, используя в экспериментах обе клеточные популяции. Однако клеточные культуры в лабораториях не способны поддерживать трехмерную структуру, поэтому все условия очень примерны.
Благодаря этому новому приспособлению, исследователям удалось создать нейромышечное соединение, структура которого гораздо более приближена к реальной. Чип содержит маленькую камеру, заполненную гелем, формирующим трехмерный матрикс. В нем нейроны и мышечные клетки растут в отдельных ячейках. Подобным образом их рост происходит и в организме человека.
Исследователи поместили миоциты мыши в одну из ячеек, в которой созданы условия для роста и формирования волокна. В другую ячейку поместили чувствительные к свету нейроны, подвергшиеся генной модификации с помощью технологии оптогенетики. За счет светового раздражения происходит возбуждение нервной клетки. При попадании синего света прямо на нейроны возникающее возбуждение передается на мышечные клетки, и в ответ они либо сокращаются, либо дергаются.
«Вы зажигаете свет и получаете сокращение», — рассказывает Роджер Камм (Roger Kamm), доктор медицинских наук, профессор отделения технического и биологического проектирования МТИ и один из авторов исследования.
Силу возникшего в клетке сокращения можно измерить благодаря тому, что в устройстве есть два небольших подвижных стрежня, куда помещаются миоциты и вокруг которых могут формироваться мышечные волокна. Таким образом, при сокращении стержни сдавливаются волокнами, в результате чего возникает движение, которое можно измерить и перевести в механическую силу.
Команда ученых уверена, что данное устройство будет полезно для будущих исследований мышечной активности или при испытании возможных лекарств от нейромышечных болезней в персонализированных протоколах лечения.
«Допустим, вы можете взять стволовые клетки (бессмертные клетки, способные приобретать свойства любых других клеточных линий) у больного БАС, трансформировать их в мышечные и нервные клетки и создать систему взаимодействия между ними для конкретного пациента, — сообщает Камм в пресс-релизе. — Затем вы можете воспроизводить ее столько раз, сколько вам нужно, пробовать разные лекарства или их комбинации, чтобы выявить наиболее эффективные средства для укрепления связи между нейроном и миоцитом».