Травматические повреждения головного мозга, спинного мозга и зрительного нерва в центральной нервной системе (ЦНС) являются основной причиной инвалидности и второй основной причиной смерти во всем мире. Травмы ЦНС часто приводят к катастрофической потере сенсорных, моторных и зрительных функций, что является наиболее сложной проблемой, с которой сталкиваются клиницисты и ученые-исследователи.

Неврологи из Городского университета Гонконга (CityU) недавно обнаружили и продемонстрировали маленькую молекулу, которая может эффективно стимулировать регенерацию нервов и восстанавливать зрительные функции после повреждения зрительного нерва, что дает большую надежду пациентам с повреждением зрительного нерва, таким как потеря зрения, связанная с глаукомой.

"В настоящее время не существует эффективного лечения травматических повреждений ЦНС, поэтому существует острая необходимость в потенциальном препарате, способствующем восстановлению ЦНС и, в конечном счете, достижению полного восстановления функций, таких как зрительные функции, у пациентов", - сказал доктор Эдди Ма Чи-хим, заместитель заведующего и доцент кафедры неврологии и директор отдела исследований лабораторных животных CityU, возглавлявший исследование.
Улучшение динамики и подвижности митохондрий - ключ к успешной регенерации аксонов

Аксоны, представляющие собой кабелеподобные структуры, которые тянутся от нейронов (нервных клеток), отвечают за передачу сигналов между нейронами и от мозга к мышцам и железам. Первым шагом для успешной регенерации аксонов является формирование активных конусов роста и активация программы роста, включающей синтез и транспортировку материалов для восстановления аксонов. Все эти процессы требуют больших затрат энергии и активного переноса митохондрий (энергетического центра клетки) к поврежденным аксонам на дистальном конце.

Поэтому поврежденные нейроны сталкиваются с особыми проблемами, требующими транспортировки митохондрий на большие расстояния от сомы (тела клетки) к дистальным регенерирующим аксонам, где аксональные митохондрии у взрослых в основном неподвижны, а локальное потребление энергии является критическим для регенерации аксона.

Исследовательская группа под руководством доктора Ма выявила терапевтическую малую молекулу M1, которая может увеличить слияние и подвижность митохондрий, что приводит к устойчивой регенерации аксонов на большом расстоянии. Регенерированные аксоны вызвали нейронную активность в целевых областях мозга и восстановили зрительные функции в течение четырех-шести недель после повреждения зрительного нерва у мышей, получавших M1.
Малая молекула M1 способствует динамике митохондрий и поддерживает регенерацию аксонов на большом расстоянии

"Фоторецепторы в глазах [сетчатка] передают зрительную информацию нейронам в сетчатке. Для восстановления зрительной функции после травмы аксоны нейронов должны регенерировать через зрительный нерв и передавать нервные импульсы к зрительным объектам в головном мозге для обработки и формирования изображения", - объясняет доктор Ма.

Чтобы выяснить, может ли M1 способствовать регенерации аксонов на большом расстоянии после травм ЦНС, исследовательская группа оценила степень регенерации аксонов у мышей, обработанных M1, через четыре недели после травмы. Поразительно, но большинство регенерирующих аксонов у мышей, обработанных M1, достигали 4 мм дистальнее места размозжения (т.е. около зрительного бугра), в то время как у контрольных мышей, обработанных транспортным средством, регенерирующих аксонов обнаружено не было. У мышей, получавших M1, выживаемость ганглиозных клеток сетчатки (RGCs, нейронов, передающих зрительные стимулы из глаза в мозг) значительно увеличилась с 19% до 33% через четыре недели после повреждения зрительного нерва.

"Это указывает на то, что лечение M1 поддерживает регенерацию аксонов на большом расстоянии от зрительной хиазмы, т.е. на середине пути между глазами и целевой областью мозга, к многочисленным подкорковым зрительным мишеням в мозге. Регенерированные аксоны вызывают нейронную активность в целевых областях мозга и восстанавливают зрительные функции после лечения M1", - добавил д-р Ма.

Для дальнейшего изучения вопроса о том, может ли лечение M1 восстановить зрительную функцию, команда исследователей через шесть недель после повреждения зрительного нерва провела у мышей, получавших лечение M1, тест на зрачковый световой рефлекс. Они обнаружили, что пораженные глаза мышей, обработанных M1, восстановили реакцию сужения зрачка при освещении синим светом до уровня, аналогичного уровню не пораженных глаз, что говорит о том, что лечение M1 может восстановить реакцию сужения зрачка после повреждения зрительного нерва.

Кроме того, команда исследователей оценила реакцию мышей на надвигающийся стимул - визуально вызванную врожденную защитную реакцию, направленную на избегание хищников. Мышей помещали в открытую камеру с треугольным укрытием в форме призмы и быстро расширяющимся вверху черным кругом в качестве надвигающегося стимула и наблюдали за их поведением, связанным с замиранием и бегством. Половина мышей, обработанных M1, реагировали на стимул, прячась в укрытие, показывая, что M1 вызывает надежную регенерацию аксонов для реиннервации подкорковых зрительных областей мозга для полного восстановления зрительной функции.
Потенциальное клиническое применение M1 для восстановления повреждений нервной системы

Семилетнее исследование подчеркивает потенциал легкодоступной невирусной терапии для восстановления ЦНС, которая основывается на предыдущих исследованиях команды по регенерации периферических нервов с помощью генной терапии.

"На этот раз мы использовали небольшую молекулу M1 для восстановления ЦНС путем интравитреальной инъекции в глаза, что является общепринятой медицинской процедурой для пациентов, например, для лечения макулярной дегенерации. Успешное восстановление зрительных функций, таких как зрачковый световой рефлекс и реакция на приближающиеся зрительные стимулы, наблюдалось у мышей, обработанных M1, через четыре-шесть недель после повреждения зрительного нерва", - говорит доктор Ау Нган-Пан, научный сотрудник кафедры неврологии.

Команда также разрабатывает животную модель для лечения с помощью M1 потери зрения, связанной с глаукомой, и, возможно, других распространенных глазных заболеваний и нарушений зрения, таких как ретинопатия, связанная с диабетом, макулярная дегенерация и травматическая нейропатия зрительного нерва. Таким образом, необходимы дальнейшие исследования для оценки потенциального клинического применения M1. "Это исследование предвещает новый подход, который может решить неудовлетворенные медицинские потребности в ускорении восстановления функций в течение ограниченного терапевтического периода после травм ЦНС", - сказал доктор Ма.

Результаты исследования были опубликованы в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) в статье под названием "Малая молекула M1 способствует регенерации зрительного нерва для восстановления целевой нейронной активности и зрительной функции".