Десятилетия поисков лекарства от Альцгеймера. Решение нашли в клетках, на которые никто не обращал внимания

Учёным впервые удалось наблюдать за одними из самых загадочных клеток мозга именно в том виде, в каком они существуют в живой ткани. Исследователи из Университета Джонса Хопкинса и Национального исследовательского совета Италии создали нанопроволочный каркас, на котором астроциты — самые многочисленные и одновременно самые недооценённые клетки нервной системы — сохраняют свою естественную звёздчатую форму.

Астроциты редко попадают в центр внимания, хотя выполняют работу, без которой мозг не смог бы существовать. Они управляют химическим балансом вокруг нейронов, регулируют передачу сигналов в синапсах, поддерживают проницаемость гематоэнцефалического барьера и формируют опорный каркас, на котором строятся нейронные сети. В живой ткани их отростки расходятся сложным узором и меняют форму в зависимости от активности окружающих нейронов. Однако в лаборатории эта красота обычно исчезает — стоило перенести клетки на стеклянные чашки Петри, их ветвистые структуры «схлопывались» в бесформенные комочки.

Чтобы вернуть астроцитам нормальный облик, учёные создали прозрачные коврики из стеклянных нанопроволок. Их поверхность напоминает структуру ткани мозга, где нейроны и глиальные клетки опираются на трёхмерную сеть волокон. Когда астроциты высаживали на такие матрицы, происходило почти чудо: клетки вновь разворачивали свои характерные разветвлённые отростки и вели себя так же, как в мозге. Они не просто внешне напоминали природные — они ветвились, созревали и занимали пространство теми же паттернами, что и в нервной ткани.

Чтобы наблюдать за клетками в их настоящем виде, одной нанопроволочной подложки было недостаточно. Поэтому её объединили с методом трёхмерной, безметочной визуализации — это разновидность оптической микроскопии, которая считывает мельчайшие изменения показателя преломления внутри обёкта и строит на этой основе объёмное изображение.

Такая технология не требует ни флуоресцентных маркеров, ни химических красителей, которые обычно вмешиваются в работу клетки или меняют её поведение. Вместо этого она фиксирует, как свет проходит через разные участки живой структуры, и вычисляет форму объекта с микроскопической точностью.

Для биологии это открывает совершенно новый уровень. Долгое время астроциты оставались на втором плане, тогда как именно их нарушения связывают с болезнью Альцгеймера, болезнью Паркинсона и другими нейродегенеративными состояниями. Возможность наблюдать за ними в естественной форме даёт шанс понять, как эти заболевания зарождаются, почему меняется работа клеточных сетей и на каком этапе можно вмешаться, чтобы замедлить разрушительные процессы.

Разработчики считают, что новая технология способна изменить и то, как строятся экспериментальные модели мозга. Платформы наподобие «мозга на чипе», органоиды и другие инженерные системы давно стремятся воспроизвести поведение живой ткани. Нанопроволочные подложки могут приблизить такие модели к реальности и сделать их пригодными для изучения лекарств, травм и механизмов старения.

Работу поддержало Управление научных исследований ВВС США и совместная лаборатория CNR – JHU. Полные результаты опубликованы в журнале Advanced Science.