Невронните стволови клетки (НСК) са самообновяващи се, мултипотентни клетки, които първо генерират радиалните глиални прогениторни клетки, които генерират невроните и глията на нервната система на всички животни по време на ембрионалното развитие. Някои невронни стволови клетки продължават да съществуват в силно ограничени области в мозъка на възрастни гръбначни и продължават да произвеждат неврони през целия си живот. Стволовите клетки се характеризират със способността си да се диференцират в множество типове клетки. Те се подлагат на симетрично или асиметрично клетъчно делене на две дъщерни клетки. При симетрично клетъчно делене и двете дъщерни клетки са също стволови клетки. При асиметрично делене стволовата клетка произвежда една стволова клетка и една специализирана клетка. Невронните стволови клетки се диференцират предимно в неврони, астроцити и олигодендроцити.

Какви видове „специализирани“ клетки имаме в мозъка?  

Има няколко вида „специализирани“ клетки, които са се приспособили да изпълняват специфични функции, като променят формата и структурите си. Клетки в мозъка като неврони, олигодендроцити и астроцити. Ние наричаме тези клетки специализирани тъй като те имат различни форми и свойства, които са предназначени да позволят на тези клетки да изпълняват специфични функции, пише сайтът kids.frontiersin.org. Невроните, с техните проекции, наречени „дендрити“ и „аксони“, дават възможност на различните региони на нашия мозък да комуникират помежду си и позволяват на мозъка да говори (и контролира) останалата част от тялото, което ни позволява да се движим и сетивни промени в нашата среда. Невроните предават и получават информация. Олигодендроцитите се увиват около невроните, осигурявайки подкрепа, която позволява на невроните да предават тази информация бързо. Астроцитите (звездни клетки) поддържат нервната система, като осигуряват хранене и регулират това, което може да премине в мозъка от останалата част на тялото.

Учените активно изучават как невронните стволови клетки могат да помогнат за лечение на състояния като инсулт (когато нормалният кръвен поток към мозъка спира и следователно клетките не могат да получат достатъчно хранителни вещества и кислород), увреждане на гръбначния мозък и болестта на Паркинсон (болест, при която клетките, които допринасят за контрол на движенията на тялото, постепенно спират да работят и умират). Невронните стволови клетки в мозъка са наистина чувствителни към промяна. Например, след мозъчна травма, невронните стволови клетки ще пътуват през мозъчната тъкан точно до мястото на увреждането. Знаем, че това всъщност подобрява възстановяването, защото когато учените нарочно попречат на стволовите клетки да се придвижат до мястото на нараняване, възстановяването е много по-трудно. Механизмите, обясняващи как и защо стволовите клетки помагат за възстановяване от мозъчно увреждане, са важна и активна област на изследване. Невронните стволови клетки са засегнати и при някои мозъчни заболявания, като Паркинсон и Алцхаймер – болест на мозъка, която води до загуба на паметта и умствени увреждания. При тези заболявания невронните стволови клетки изглежда имат по-ниски нива на пролиферация и е по-малко вероятно да станат напълно развити и здрави неврони.

Учените също така могат да инжектират стволови клетки от друг източник в тялото (чрез кръвния поток или директно в мозъка или гръбначния мозък) и да проверят дали възстановяването след мозъчна травма се подобрява. Няколко изследователски групи работят по детайлите на това лечение и внимателно изучават резултатите. В крайна сметка, ако се усили на невронни стволови клетки, пребиваващи в мозъка, или прехвърлянето на тези, отгледани в лаборатория, става успешно и възпроизводимо, лекарите ще имат по-добри методи за лечение на няколко различни вида мозъчни наранявания или разстройства. Междувременно, благодарение на много важното откритие на невронните стволови клетки ще продължим да разбираме мозъка, неговите функции и да проектираме различни начини да го направим по-здрав.

Изследвания на стволови клетки и неврорегенерация

Изследванията на стволови клетки и неврорегенерация в института Джон Хопкинс се занимават с най-сериозните неврологични заболявания. Идентифицирането на нови успешни лечения за рак на мозъка обаче остава предизвикателство. 
Предполага се, че невронните стволови клетки функционират като първични предшественици на нови неврони, казват учените. Повечето от настоящите ни познания за неврогенезата са дошли предимно от изследвания на гризачи; остава да видим дали това знание се превежда директно в човешката неврогенеза, казват още те. 
Невродегенеративните заболявания и травматичните мозъчни наранявания са създавали известни проблеми на човека през цялата история. В сътрудничество с експертите по клетъчно инженерство и неврорегенерация учените разбират повече за смъртта и оцеляването на невроналните клетки, апоптозата, спецификацията на клетъчната съдба, ембрионалните и възрастните стволови клетки, образуването на синапси, аксоналното и дендритно насочване, развитието на невроните, генната експресия и молекулярната биология, болест на Паркинсон, инсулт и зрението. 

3D невронни стволови клетки

Нараняванията на гръбначния мозък може да бъдат оприличени на прекъснат електропровод, при който дори ако всеки от двата края е напълно функционален, прекъсването може да изключи цялата система. През 2018 г. изследователи от университета в Минесота са проектирали устройство, което би могло отново да свърже двата края, пише Монитор. Силиконовият водач, покрит с 3D отпечатани невронни стволови клетки, може да бъде имплантиран на нараненото място, където да създаде нови връзки между останалите нерви, за да позволи на пациентите да възвърнат двигателен контрол.

Възстановяването от наранявания на гръбначния мозък е трудно, но разработват нови лечения. Генната терапия би могла да помогне за разбиване на увредената тъкан и регенериране на нервни клетки. В други случаи, мястото на нараняване се заобикаля изцяло, пренасочвайки съобщенията от мозъка чрез компютри или изпращайки безжично сигнали до устройство, имплантирано в долната част на тялото.

Новото лечение може да бъде комбинация от двата метода. Екипът от Минесота започнал със събиране на индуцирани плурипотентни стволови клетки, вид стволови клетки, получени от възрастни клетки, като кожа или кръв. След като те били биоинженерирани в невронни стволови клетки, изследователите 3D отпечатали устройство, съставено от редуващи се слоеве силикон, за скеле, и невронни стволови клетки.

Това устройство може да бъде имплантирано на увреденото място в гръбнака, където водачът подхранва стволовите клетки, докато се развият нови нерви, свързвайки не увредените клетки в двата края на нараняването.

Това е първият път, когато някой може директно да отпечата 3D невронни стволови клетки, получени от възрастни човешки клетки, върху 3D отпечатан водач и да ги обособи в активни нервни клетки в лаборатория”, казва Майкъл МакАлпин, съавтор на изследването. „Триизмерното отпечатване на толкова деликатни клетки е много трудно. Най-трудната част бе да запазим клетките щастливи и живи. Опитахме няколко различни рецепти в процеса на отпечатване. Фактът, че успяхме да запазим около 75% от клетките живи по време 3D отпечатването и след това ги превърнахме в здрави неврони е доста невероятен.”

Въпреки че, устройството все още не е тествано на пациенти или дори животни, лабораторните тестове показват, че невроните растат по каналите на силиконовия водач и са активни. Докато пълното възстановяване, при което пациентите да могат да ходят отново, може да е все още далеч, на този етап, изследователите казват, че лечението може да помогне на пациентите да възвърнат други важни функции.

Установихме, че предаването на всякакви сигнали през нараняването може да подобри функциите за пациентите казва Ан Пар, съавтор на изследването. „Съществува усещане, че хората с увреждания на гръбначния мозък ще бъдат щастливи, ако могат да се разхождат отново. В действителност, повечето искат прости неща, като да контролират пикочния си мехур или да могат да спрат неконтролируемите движения на краката си. Тези малки подобрения на някои функции, биха подобрили техния живот.”