ให้ความรู้กับรถดับเพลิง

Gong Chen ศาสตราจารย์ด้านชีววิทยา ประธาน Verne M. Willaman สาขาวิทยาศาสตร์เพื่อชีวิตแห่ง Penn State และหัวหน้าทีมวิจัย เรียกวิธีการนี้ว่าเป็นความก้าวหน้าในการเดินทางอันยาวนานไปสู่การซ่อมแซมสมอง “เทคโนโลยีนี้อาจพัฒนาเป็นการรักษาแบบใหม่สำหรับการบาดเจ็บที่สมองและไขสันหลัง โรคหลอดเลือดสมอง โรคอัลไซเมอร์ โรคพาร์กินสัน และความผิดปกติทางระบบประสาทอื่นๆ” เฉินกล่าว การวิจัยจะเผยแพร่ทางออนไลน์โดยวารสารCell Stem Cellในวันที่ 19 ธันวาคม 2013 เมื่อสมองได้รับอันตรายจากการบาดเจ็บหรือโรค เซลล์ประสาทมักจะตายหรือเสื่อมลง แต่เซลล์เกลียจะแตกแขนงมากขึ้นและมีจำนวนมากขึ้น "เซลล์เกลียที่ทำปฏิกิริยา" เหล่านี้ในขั้นต้นสร้างระบบป้องกันเพื่อป้องกันแบคทีเรียและสารพิษจากการบุกรุกเนื้อเยื่อที่มีสุขภาพดี แต่ในที่สุดกระบวนการนี้จะสร้างแผลเป็นเกลียที่จำกัดการเติบโตของเซลล์ประสาทที่แข็งแรง “จุดที่สมองบาดเจ็บก็เหมือนกับจุดที่รถชน” เฉินอธิบาย "เซลล์เกลียที่มีปฏิกิริยาเป็นเหมือนรถตำรวจ รถพยาบาล และรถดับเพลิงที่วิ่งเข้ามาช่วยทันที แต่รถกู้ภัยเหล่านี้อาจทำให้เกิดปัญหาได้หากติดอยู่ในที่เกิดเหตุมากเกินไป ปัญหาของเซลล์เกลียที่มีปฏิกิริยาคือเซลล์มักจะอยู่ บริเวณที่บาดเจ็บ ทำให้เกิดแผลเป็นเกลียและป้องกันไม่ให้เซลล์ประสาทเติบโตกลับเข้าไปในบริเวณที่บาดเจ็บ" เขาอธิบาย เมื่อหลายปีก่อน ห้องทดลองของเฉินได้ทดสอบวิธีใหม่ๆ ในการเปลี่ยนเนื้อเยื่อแผลเป็นเกลียให้กลับมาเป็นเนื้อเยื่อประสาทตามปกติ "มีเซลล์เกลียที่มีปฏิกิริยามากขึ้นและเซลล์ประสาทที่ทำงานได้น้อยลงในบริเวณที่ได้รับบาดเจ็บ" เฉินกล่าว "ดังนั้นเราจึงตั้งสมมติฐานว่าเราอาจจะสามารถเปลี่ยนเซลล์เกลียในแผลเป็นให้เป็นเซลล์ประสาทที่ทำงานได้ ณ บริเวณที่ได้รับบาดเจ็บในสมอง งานวิจัยนี้ ได้รับแรงบันดาลใจจากเทคโนโลยีที่ได้รับรางวัลโนเบลของสเต็มเซลล์แบบ pluripotent (iPSCs) ที่พัฒนาขึ้นในกลุ่มของ Shinya Yamanaka ซึ่งแสดงให้เห็นวิธีการเปลี่ยนโปรแกรมเซลล์ผิวให้กลายเป็นเซลล์ต้นกำเนิด" เฉินเล่า Chen และทีมของเขาเริ่มต้นด้วยการศึกษาว่าเซลล์เกลียที่มีปฏิกิริยาตอบสนองต่อโปรตีนเฉพาะอย่าง NeuroD1 ซึ่งเป็นที่ทราบกันดีว่ามีความสำคัญในการสร้างเซลล์ประสาทในบริเวณฮิบโปแคมปัสของสมองผู้ใหญ่อย่างไร พวกเขาตั้งสมมติฐานว่าการแสดงโปรตีน NeuroD1 เข้าไปในเซลล์เกลียที่มีปฏิกิริยาที่บริเวณที่ได้รับบาดเจ็บอาจช่วยสร้างเซลล์ประสาทใหม่ เช่นเดียวกับที่เกิดในฮิบโปแคมปัส เพื่อทดสอบสมมติฐานนี้ ทีมของเขาได้ติดเชื้อรีโทรไวรัสในเซลล์เกลียที่มีปฏิกิริยาซึ่งระบุรหัสพันธุกรรมของโปรตีน NeuroD1 “รีโทรไวรัสที่เราใช้นั้นขาดการจำลองแบบ ดังนั้นจึงไม่สามารถฆ่าเซลล์ที่ติดเชื้อได้เหมือนไวรัสอื่นๆ ที่พบในธรรมชาติ” เฉินกล่าว "ที่สำคัญกว่านั้น รีโทรไวรัสสามารถแพร่เชื้อได้เฉพาะเซลล์ที่กำลังแบ่งตัว เช่น เซลล์เกลียที่มีปฏิกิริยา รถดับเพลิง แต่ไม่ส่งผลกระทบต่อเซลล์ประสาท ในการทดสอบครั้งแรก Chen และทีมของเขาได้ตรวจสอบว่าเซลล์เกลียที่มีปฏิกิริยาสามารถเปลี่ยนเป็นเซลล์ประสาทที่ทำงานได้หลังจากฉีด NeuroD1 retrovirus เข้าไปในบริเวณเยื่อหุ้มสมองของหนูที่โตเต็มวัยหรือไม่ นักวิทยาศาสตร์พบว่าเซลล์เกลียปฏิกิริยา 2 ชนิด ได้แก่ เซลล์แอสโทรเกลียลรูปดาวและเซลล์เกลีย NG2 ถูกโปรแกรมใหม่เป็นเซลล์ประสาทภายในหนึ่งสัปดาห์หลังจากติดเชื้อ NeuroD1 retrovirus "น่าสนใจ เซลล์ astroglial ที่มีปฏิกิริยาถูกตั้งโปรแกรมใหม่เป็นเซลล์ประสาทกระตุ้น ในขณะที่เซลล์ NG2 ถูกตั้งโปรแกรมใหม่เป็นทั้งเซลล์ประสาทกระตุ้นและยับยั้ง ทำให้เป็นไปได้ที่จะบรรลุสมดุลของการกระตุ้นและยับยั้งในสมองหลังจากตั้งโปรแกรมใหม่" เฉินกล่าว ห้องปฏิบัติการของเขายังทำการทดสอบทางสรีรวิทยาทางไฟฟ้า ในการทดสอบครั้งที่สอง Chen และทีมของเขาใช้แบบจำลองหนูดัดแปลงพันธุกรรมสำหรับโรคอัลไซเมอร์ และแสดงให้เห็นว่าเซลล์เกลียที่ทำปฏิกิริยาในสมองที่เป็นโรคของหนูยังสามารถแปลงเป็นเซลล์ประสาทที่ทำงานได้ นอกจากนี้ ทีมงานยังแสดงให้เห็นว่าแม้ในหนูอายุ 14 เดือนที่เป็นโรคอัลไซเมอร์ ซึ่งเท่ากับอายุของมนุษย์ประมาณ 60 ปี การฉีด NeuroD1 retrovirus เข้าไปในเยื่อหุ้มสมองของหนูยังสามารถกระตุ้นให้เซลล์ประสาทแรกเกิดจำนวนมากได้รับการโปรแกรมใหม่ จากเซลล์เกลียที่ทำปฏิกิริยา "ดังนั้น เทคโนโลยีการแปลงที่เราได้แสดงให้เห็นในสมองของหนูอาจถูกนำมาใช้เพื่อสร้างเซลล์ประสาทที่ทำงานในคนที่เป็นโรคอัลไซเมอร์" เฉินกล่าว เพื่อให้แน่ใจว่าวิธีการแปลงเซลล์เกลียเป็นเซลล์ประสาทไม่จำกัดเฉพาะสัตว์ฟันแทะ Chen และทีมของเขาได้ทดสอบวิธีการเพิ่มเติมกับเซลล์เกลียของมนุษย์ที่เพาะเลี้ยง "ภายใน 3 สัปดาห์หลังจากการแสดงออกของโปรตีน NeuroD1 เราเห็นในกล้องจุลทรรศน์ว่าเซลล์เกลียของมนุษย์กำลังประดิษฐ์ตัวเองขึ้นใหม่: พวกมันเปลี่ยนรูปร่างจากเซลล์เกลียที่มีลักษณะเป็นแผ่นแบนเป็นเซลล์ประสาทที่ดูปกติซึ่งมีกิ่งแอกซอนและเดนไดรต์" เฉินกล่าว นักวิทยาศาสตร์ได้ทดสอบการทำงานของเซลล์ประสาทมนุษย์ที่ได้รับการดัดแปลงใหม่เหล่านี้เพิ่มเติม และพบว่าแท้จริงแล้ว พวกมันสามารถปล่อยและตอบสนองต่อสารสื่อประสาทได้ "ความฝันของเราคือการพัฒนาวิธีการแปลงในร่างกายให้เป็นการบำบัดที่มีประโยชน์ในการรักษาผู้ที่ได้รับบาดเจ็บจากระบบประสาทหรือความผิดปกติทางระบบประสาท" เฉินกล่าว "แรงจูงใจอันแรงกล้าของเราสำหรับการวิจัยครั้งนี้คือแนวคิดที่ว่าผู้ป่วยโรคอัลไซเมอร์ซึ่งจำสิ่งต่างๆ ไม่ได้มาเป็นเวลานาน สามารถเริ่มมีความทรงจำใหม่ได้หลังจากสร้างเซลล์ประสาทใหม่ขึ้นใหม่อันเป็นผลมาจากวิธีการแปลงในร่างกายของเรา และนั่นคือ ผู้ป่วยโรคหลอดเลือดสมองที่ขยับขาไม่ได้อาจกลับมาเดินได้อีกครั้ง”