Средство от мигрени улучшило зрение головастиков с пересаженными на хвост глазами
Изучая головастиков с пересаженными на хвост глазами, учёные поняли, как работают основные функциональные механизмы после такой операции. Однако проблемой оставалось обеспечение иннервации (контакта с центральной нервной системой, в частности спинным мозгом). Исследователи пытались понять, как глазные нервы связываются с центральной нервной системой (ЦНС) и каким образом происходит восстановление органов чувств, которые воспринимают информацию и передают её в мозг.
Эксперименты показывали, что зрение после пересадки у головастиков восстанавливалось лишь частично, а нервные пути глаза, перемещённого в область хвоста, самостоятельно соединялись либо со спинным мозгом, либо с кишечником. Очевидно, что функционировать они могли только в первом случае.
Через четыре года исследований команда нашла средство, которое обеспечивает полноценный контакт пересаженного глаза с мозгом.
Испытания проводились на головастиках гладкой шпорцевой лягушки (Xenopus laevis), которым было три дня. Учёные пересадили на хвост каждой особи зачаток глаза, после чего головастиков разделили на две группы.
Участникам из первой группы после операции вводили золмитриптан, который используется для профилактики и лечения мигрени. Известно, что это вещество активирует определённые группы серотониновых рецепторов, а их активация была необходима для направленного прорастания нервных волокон в естественных условиях. Препарат вводили в место пересадки, и через четыре дня в имплантированном органе начиали расти нейроны.
Второй группе головастиков, которая стала контрольной, золмитриптан не вводили.
Далее учёные наблюдали за иннервацией пересаженных глаз, и оказалось, что в первой группе она успешно прошла у 40% особей, а во второй группе этот показатель составил 5%. При этом развитие остальных отделов нервной системы у "успешных" головастиков из первой группы не было затронуто.
Когда глаза на хвостах подопытных сформировались, специалисты оценили уровень зрения. Для этого проводились различные тесты, в том числе сравнивались способности зрячих (здоровых) головастиков, слепых и тех, кому сделали пересадку.
Учёные проверяли цветовое зрение, тренируя головастиков перемещаться в среду синего цвета, избегая красной. С этим заданием справились 76% зрячих и 3% процента слепых особей. Что же касается земноводных, перенёсших операцию, то из второй группы успешно прошли тест 11% особей, а из первой (с введением золмитриптана) – 29%.
Другой тест должен был проверить способность головастиков воспринимать целостные изображения. Для этого учёные ставили аквариум с подопытными на жидкокристаллический экран, на котором в разных направлениях двигались группы треугольников. За изображением следовали 80% зрячих и 38% слепых особей, 32% обладателей пересаженного глаза и 57% процентов получивших золмитриптан.
"Это исследование выявило один из путей стимуляции иннервации и обеспечения связи между центральной нервной системой и имплантатом с использованием препарата, уже одобренного к применению у людей", — говорит Майкл Левин.
Как отмечают авторы работы, глаза после пересадки действовали "в обход" головного мозга, передавая информацию спинному мозгу. То есть теоретически орган можно пересадить на любую часть тела, и он будет функционировать при условии "коммуникации" со спинным мозгом.
"Если человеку имплантировать глаз на спину, и он соединится со спинным мозгом, сможет ли человек видеть при помощи этого глаза? Мой ответ – вероятно, да", — добавляет Майкл Левин.
По мнению его команды, это огромный шаг для регенеративной медицины: не исключено, что в будущем золмитриптан поможет увеличить функциональность пересаженного органа и у человека. Правда, пока об этом говорить рано: предстоит ещё много исследований, в частности, важно ответить на вопрос, влияет ли возраст особи на результат операции.
Научная статья по итогам работы американских биоинженеров опубликована в издании npj Regenerative Medicine.
Напомним и о другом прорыве в трансплантации: ранее хирурги впервые пересадили руку мужчине, рождённому без конечности.