Но теперь ученые обнаружили, что белок под названием TDP-43 может способствовать повреждению нервов сразу после травмы. Когда другой белок был заблокирован в мышиной модели и в клеточных линиях человека, это TDP-43-опосредованное повреждение было предотвращено, и часть клеточной гибели была остановлена. Эти результаты, о которых сообщалось в журнале Cell Stem Cell, могут помочь ученым разработать варианты лечения ЧМТ.
«На самом деле нет ничего, что могло бы предотвратить повреждение мозга, которое вызывает повреждение нервных клеток», — сказал автор исследования Джастин Ичида из Университета Южной Калифорнии. «На более острых стадиях пациенты могут испытывать трудности с концентрацией внимания и иметь чрезвычайную чувствительность к свету и шуму. В долгосрочной перспективе существует сильная корреляция между черепно-мозговой травмой и нейродегенеративными заболеваниями, которые в конечном итоге могут привести к летальному исходу».
В этом исследовании ученые использовали модель клеточной культуры, известную как органоид мозга, который представляет собой крошечную, упрощенную версию человеческого мозга. Эти модели содержат многие из тех же типов клеток, что и мозг, и в некоторых случаях могут служить лучшей моделью, чем животные. Они также могут быть получены из индуцированных плюрипотентных стволовых клеток, полученных из клеток кожи пациента.
Исследователи воздействовали на органоиды мозга ультразвуковыми импульсами, чтобы имитировать ЧМТ. TDP-43 обычно работает для редактирования молекул матричной РНК и находится в ядрах клеток с генетическим материалом. Но в этих поврежденных органоидах молекула перестала вести себя должным образом; Он как бы покидает ядро и попадает в цитозоль, и нервные клетки погибают.
Нейроны, которые находятся глубоко в коре головного мозга, по-видимому, особенно восприимчивы к травмам. Исследователи также обнаружили, что экспрессия генов изменилась после травмы в их модели. Когда органоиды были получены из стволовых клеток, которые были взяты у людей с генетической предрасположенностью к нейродегенеративным заболеваниям, воздействие на TDP-43 было более серьезным, и в клетках возникало больше проблем. Это может объяснить, почему некоторые люди более склонны к развитию нейродегенеративного заболевания после ЧМТ.
Ученые также хотели найти что-то, что могло бы предотвратить эти проблемы, и прочесали геном человека на предмет подавления отдельных генов. Эта работа идентифицировала KDNJ2, который кодирует канал, воспринимающий механические силы, и расположен на поверхности клеток.
«Если бы мы подавили ген, он обратил бы вспять все проблемы, связанные с травмой, и сохранил бы нервные клетки живыми», — сказал Ичида.
При блокировании активности KCNJ2 выживаемость нейронов в органоидах, подверженных воздействию ультразвуковых импульсов, увеличивалась. В органоидах, полученных от пациентов с риском заболевания, блокаторы KCNJ2 снижали гибель нейронов и накопление TDP-43 в клетках. Эти результаты были подтверждены на мышиных моделях ЧМТ.
Несмотря на то, что потребуются дополнительные исследования, TDP-43 потенциально может работать в качестве биомаркера ЧМТ, а также может работать в качестве монитора повреждений.
«Наше исследование показывает, что одним из наиболее эффективных способов предотвращения разрушительных последствий черепно-мозговой травмы может быть фиксация TDP-43 и предотвращение его неправильной локализации на ранних стадиях после травмы», — добавил Ичида.