Обонятельная обволакивающая клетка - Olfactory ensheathing cell
Обонятельные обволакивающие клетки ( OEC ), также известные как обонятельные обволакивающие глии или обонятельные обволакивающие глиальные клетки , представляют собой тип макроглии ( радиальной глии ), обнаруживаемой в нервной системе . Они также известны как обонятельные шванновских клеток , потому что они ensheath в не- миелинизированных аксонов из обонятельных нейронов подобным образом , к которому Шванновские клетки ensheath не-миелинизированные периферических нейронов . Они также разделяют свойство способствовать регенерации аксонов.
OEC способны фагоцитировать дебрис аксонов in vivo , а in vitro они фагоцитируют бактерии . Обонятельные глии , которые выражают противомикробный фермент лизоцим (Lyz) , как полагает, играет важную роль в иммунитете в слизистой оболочке , где нейроны непосредственно подвергается воздействию внешней среды.
OEC были успешно протестированы в экспериментальной регенерации аксонов у взрослых крыс с травматическим повреждением спинного мозга , и в настоящее время проводятся клинические испытания для получения дополнительной информации о травмах спинного мозга и других нейродегенеративных заболеваниях.
Источник
В периферической нервной системе ОЭК рассредоточены в обонятельном эпителии и обонятельном нерве . В центральной нервной системе OEC находятся в пределах двух внешних слоев обонятельной луковицы . Во время развития примитивные обонятельные нейроны распространяют свои аксоны от обонятельной плакоды через мезенхиму к телэнцефальному пузырьку. Достигнув телэнцефального пузырька , небольшой слой клеток и аксонов покрывает пузырь. Обонятельные аксоны проникают в базальной пластинку из пограничных глиальной мембраны и обонятельная луковицу для создания обонятельного нерва и клубочков слоев . Часть эпителиальных мигрирующих предшественников дает обонятельную обволакивающую глию, которая населяет обонятельный нерв и слои клубочков. OEC и астроциты взаимодействуют друг с другом, образуя новый предел глии . OECs отличаются от других глий по своему происхождению, поскольку они присутствуют в периферической нервной системе, а также в центральной нервной системе. Они также образуются на пучках аксонов обонятельных сенсорных нейронов способом, отличным от миелинизации .
Функции
ОЭК - это радиальная глия, которая выполняет множество функций. Внутри обонятельной системы они фагоцитируют остатки аксонов и мертвые клетки. При культивировании в чашке Петри (in vitro) они фагоцитируют бактерии. Многочисленные исследования показали, что OEC могут помочь в лечении травм спинного мозга (SCI) из-за их регенерирующих свойств в периферической нервной системе и их присутствия в центральной нервной системе. Также известно, что OEC поддерживают и направляют аксоны обоняния, прорастают через глиальные рубцы и секретируют многие нейротрофические факторы .
OEC экспрессируют глиальные маркеры, такие как глиальный фибриллярный кислый белок , s100 и p75 , и радиальные глиальные маркеры, такие как нестин и виментин , которые могут дополнительно помочь исследователям понять характеристики маркировки этих специализированных глий.
Регенерация обонятельной системы
Обонятельная система млекопитающих необычна тем, что обладает способностью непрерывно регенерировать свои нейроны в зрелом возрасте. Эта способность связана с обонятельной обволакивающей глией. Новые нейроны обонятельных рецепторов должны проецировать свои аксоны через центральную нервную систему к обонятельной луковице , чтобы быть функциональными. Рост и регенерация обонятельных аксонов может быть приписана OEC, поскольку они образуют пучки, через которые аксоны растут из периферической нервной системы в центральную нервную систему. Обонятельные рецепторы нейронов имеют среднюю продолжительность жизни 6-8 недель и, следовательно, должны быть заменены клетками, дифференцированными от стволовых клеток, которые находятся в слое у основания ближайшего эпителия. Рост аксонов регулируется глиальным составом и цитоархитектурой обонятельной луковицы в дополнение к присутствию OEC.
Считается, что OEC частично ответственны за нейрогенез первичных обонятельных нейронов посредством процессов фасцикуляции , сортировки клеток и нацеливания на аксоны.
Роль в травмах спинного мозга
Травматическое повреждение спинного мозга вызывает необратимую потерю моторных и сенсорных функций в центральной нервной системе, называемую параплегией или тетраплегией в зависимости от места травмы. В результате травмы могут иметь место другие пагубные последствия для дыхательной и почечной систем . В отличие от периферической нервной системы, центральная нервная система не может регенерировать поврежденные аксоны, поэтому ее синаптические связи теряются навсегда. Текущее лечение ограничено, а основные потенциальные методы либо противоречивы, либо неэффективны. Исследования, относящиеся к 1990-м годам, начали изучение обонятельной системы млекопитающих, в частности крыс, чтобы лучше понять регенерацию аксонов и нейрогенез , а также возможное внедрение этих клеток в место повреждения спинного мозга.
Трансплантация OEC в спинной мозг стала возможной терапией повреждения спинного мозга и других нервных заболеваний на животных моделях. В нескольких недавних исследованиях сообщалось, что предотвращение ингибирования OEC представит однородную популяцию клеток в спинном мозге, создав среду, в которой поврежденные аксоны могут быть восстановлены. В октябре 2014 года польский пожарный Дарек Фидика стал первым пациентом с параличом нижних конечностей, восстановившим подвижность после трансплантации OEC.
OEC похожи на клетки Шванна в том, что они обеспечивают повышенную регуляцию низкоаффинного рецептора NGF p75 после повреждения; однако, в отличие от клеток Шванна, они производят более низкие уровни нейротрофинов . Несколько исследований показали, что OEC могут поддерживать регенерацию поврежденных аксонов, но эти результаты часто невозможно воспроизвести. Тем не менее, OEC были тщательно исследованы в отношении повреждений спинного мозга, бокового амиотрофического склероза и других нейродегенеративных заболеваний. Исследователи предполагают, что эти клетки обладают уникальной способностью ремиелинизировать поврежденные нейроны.
Модифицированная пептидами геллановая камедь и OEC
Трансплантация стволовых клеток была определена как еще одно возможное лечение регенерации аксонов в центральной нервной системе путем доставки этих клеток непосредственно к месту повреждения спинного мозга. Как OEC, так и нейральные стволовые клетки / клетки-предшественники (NSPC) были успешно трансплантированы в центральную нервную систему взрослых крыс и дали положительные или нейтральные результаты в качестве метода нейрогенеза и регенерации аксонов; однако ни один из методов не показал долгосрочных положительных эффектов, поскольку выживаемость клеток после трансплантации обычно составляет менее 1%. Неспособность этих клеток выживать после трансплантации является результатом воспаления , неспособности достаточного матрикса для роста и создания однородной популяции клеток или миграционной реакции клеток, необходимой для полного восстановления участка повреждения. Еще одна актуальная проблема выживания клеток - это использование соответствующих биоматериалов для доставки их к месту повреждения.
В одном исследовании изучалось использование модифицированной пептидом геллановой камеди в качестве биоматериала с OEC и нервными стволовыми клетками / клетками-предшественниками, чтобы обеспечить среду, которая позволит этим клеткам выжить после трансплантации. Гидрогель геллановой камеди можно вводить минимально инвазивным способом и одобрен FDA в качестве пищевой добавки из-за своей химической структуры. Геллановая камедь была модифицирована несколькими пептидными последовательностями, производными фибронектина , так что трансплантируемые клетки обладают свойствами, близкими к свойствам нативной ткани во внеклеточном матриксе . Имитируя нативную ткань, клетки доставки с меньшей вероятностью будут отторгаться организмом, а биологические функции, такие как клеточная адгезия и рост, будут усилены за счет взаимодействий между клетками и клеткой-матрицей. Чтобы определить возможность повышения жизнеспособности клеток OEC и NPSC, обе клетки совместно культивировали в прямом контакте друг с другом вместе с модифицированной пептидом геллановой камедью.
Эксперимент продемонстрировал, что адгезия, пролиферация и жизнеспособность NSPC значительно увеличиваются при использовании модифицированной пептидом геллановой камеди в качестве устройства для трансплантации по сравнению с контролем геллановой камеди. Кроме того, совместное культивирование OEC и NSPC показывает большую выживаемость клеток по сравнению с выживаемостью клеток только NSPC. Результаты свидетельствуют о том, что этот метод трансплантации клеток является потенциальной стратегией восстановления повреждений спинного мозга в будущем.
Побочные эффекты трансплантации клеток
Исследование показало, что трансплантация клеток может вызвать повышение температуры тела человека с более старой травмой спинного мозга. В этом эксперименте после трансплантации температура тела пациентов была повышена до умеренной лихорадки и продолжалась примерно 3-4 дня. Тем не менее, исследование предоставляет доказательства того, что даже перенесенные травмы спинного мозга могут выиграть от неврологического функционального восстановления, которое трансплантация стволовых клеток может обеспечить в будущем.
Также известно, что трансплантация стволовых клеток вызывает токсичность и болезнь «трансплантат против хозяина» (GVHD). Апоптотические клетки вводили одновременно с гемопоэтическими стволовыми клетками в экспериментальных моделях трансплантации в ожидании улучшенного результата. В результате комбинация предотвращает аллоиммунизацию , активирует регуляторные Т-клетки (супрессорные Т-клетки) и снижает тяжесть РТПХ.
Восприимчивость к инфекции
ОЭК обладают свойствами, аналогичными свойствам астроцитов , оба из которых были идентифицированы как восприимчивые к вирусной инфекции.
Маркировка OEC
Частицы оксида железа для МРТ
Поскольку трансплантация стволовых клеток становится все более распространенным средством лечения травматического повреждения спинного мозга, многие процессы между начальным и конечным результатом необходимо решать и повышать эффективность. Маркируя OEC, эти клетки можно отслеживать с помощью устройства магнитно-резонансной томографии (MRI), когда они рассредоточены в центральной нервной системе. Недавнее исследование использовало новый тип частиц оксида железа (MPIO) микронного размера для маркировки и отслеживания. эти опосредованные транспортом клетки с помощью МРТ. В результате эксперимента эффективность маркировки OEC составила более 90% при времени инкубации MPIO всего 6 часов, без влияния на пролиферацию , миграцию и жизнеспособность клеток . MPIO также были успешно трансплантированы в стекловидное тело глаз взрослых крыс, обеспечивая первый подробный протокол для эффективной и безопасной маркировки MPIO OEC для их неинвазивного отслеживания МРТ в реальном времени для использования в исследованиях восстановления центральной нервной системы и регенерации аксонов. .
Субпопуляции
Были идентифицированы две различные субпопуляции OEC с высокой или низкой экспрессией на клеточной поверхности рецептора фактора роста нервов с низким сродством (p75).