Лаборатория нейробиологии и тканевой инженерии

Лаборатория нейробиологии и тканевой инженерии

Лаборатория нейробиологии и тканевой инженерии создана в 2022 году на базе лаборатории экспериментальной нейроцитологии.

История лаборатории

В 1971 г. в Институте мозга была организована одна из первых в стране группа культуры нервной ткани, работа которой была направлена на развитие принципиально нового экспериментального направления научных исследований – изучение закономерностей дифференцировки нейронов в культурах ткани и клеток различных структур головного мозга млекопитающих. Организатором и заведующим этой группы и, позднее, лаборатории экспериментальной нейроцитологии стал выдающийся нейроморфолог и цитолог, доктор медицинских наук, профессор Илья Васильевич Викторов. Результаты проведенных исследований, раскрывающие особенности морфогенеза нейронов, направленного роста аксонов и формирования синаптических межнейронных связей, имеют большое значение для углубления представлений о процессах развития и регенерации нервной системы, а также о патогенетических механизмах ряда нарушений развивающегося и зрелого мозга. В лаборатории был осуществлен комплекс оригинальных исследований по трансплантации культивированной эмбриональной нервной ткани в мозг взрослых животных, показавший ряд преимуществ этого метода перед применявшимися ранее. Были выявлены закономерности дифференцировки центральных холинергических нейронов in vitro и показано стимулирующее влияние на этот процесс фактора роста нервов. По инициативе и под руководством И.В. Викторова начаты экспериментальные исследования клеточных и молекулярных механизмов нейроцитотоксического и ишемического повреждения нервных клеток и способов его фармакологической коррекции. И.В. Викторовым предложены многие модификации методов гистологической обработки ткани мозга, защищенные авторскими свидетельствами, новые методы культивирования нервной ткани и клеток, новые методики моделирования фокальной ишемии мозга с помощью компрессионного воздействия и фотоиндуцированного тромбоза, оригинальные методы роллерного культивирования ткани различных структур ЦНС.

Диссоциированные и реагрегированные культуры клеток различных структур ЦНС (Викторов И.В., 1987).

В дальнейшем долгое время лабораторией экспериментальной нейроцитологии руководил ученик И.В. Викторова доктор биологических наук Леонид Георгиевич Хаспеков. В лаборатории изучались механизмы ишемической толерантности нейронов, показаны нейропротекторные свойства блокаторов глутаматных рецепторов, антиоксидантов, ганглиозидов, иммунодепрессантов, лигандов эндогенной каннабиноидной системы мозга. Получены новые данные о роли нарушений ионного гомеостаза и энергетической функции митохондрий в механизмах ишемического повреждения и гибели нервных клеток. Большой цикл работ связан с революционной технологией XXI века – генетическим репрограммированием и направленной дифференцировкой нейронов из индуцированных плюрипотентных стволовых клеток. Эти результаты получены в тесном сотрудничестве с многочисленными научно-исследовательскими учреждениями в нашей стране (Научный центр психического здоровья, Институт высшей нервной деятельности и нейрофизиологии РАН, НИИ физико-химической биологии МГУ им. М.В. Ломоносова, Институт биоорганической химии им. М.М. Шемякина и Ю.А. Овчинникова РАН  и др.) и за рубежом (Центр экспериментальной медицины Польской академии наук, Клиника Шарите института им. Гумбольдта, ФРГ, Институт психиатрии Макса Планка, ФРГ, Средиземноморский институт нейробиологии, Франция, Отдел клинических наук  университета г. Лунд, Швеция). 

Дифференцировка ИПСК в дофаминергические нейроны на мультиэлектродной матрице: а – иммуноцитохимическое окрашивание на тирозингидроксилазу (зеленый) и DAP1 (ядра, синий); б, в – культура ИПСК, дифференцированных в нейроны, на мультиэлектродной матрице (фазовый контраст): б – 3 дня in vitro, в – 7 дней in vitro. Стрелки указывают на формирующуюся нейритную сеть между нейросферами; г, д – спонтанная биоэлектрическая активность нейронов, соответственно, на 5-й день (одиночные спайки) и на 10-й день (пачечная активность) (Хаспеков Л.Г., Викторов И.В., 2015).

Приоритетные исследования сотрудников лаборатории внесли большой вклад в расширение современных представлений о механизмах функционирования нейронов и разработку экспериментальных клеточных моделей заболеваний нервной системы. В экспериментах in vivo и in vitro, проводимых с использованием современных клеточных технологий, проводились исследования механизмов нейродеструктивных процессов при моделировании церебральной ишемии и черепно-мозговой травмы, действии патогенетических факторов болезней Паркинсона, Альцгеймера и других нейродегенеративных заболеваний, ведется поиск новых нейропротекторных соединений. На основе результатов экспериментальных исследований создаются прототипы новых лекарственных препаратов, направленных на ключевые механизмы функционирования нейронов. Использование передовой технологии культивирования нейронов на мультиэлектродных матрицах предоставляет возможность глубокого изучения закономерностей формирования и эволюции функциональных нейронных сетей в норме и в условиях различных патологических воздействий.

 Электрофизиологическая станция для культивирования и регистрации активности нейронов на мультиэлектродной матрице.

Чрезвычайно большое значение не только для фундаментальной нейронауки, но и для неврологической клиники имеют результаты исследований сотрудников лаборатории в области генетического репрограммирования соматических клеток. Дифференцировка нейронов из индуцированных плюрипотентных стволовых клеток, получаемых от пациентов с определенной патологией, дала возможность изучать молекулярные механизмы заболевания в условиях персонифицированного подхода («болезнь в пробирке»), создавать эффективные тест-систем для скрининга лекарственных препаратов, а также разрабатывать новые пути клеточной терапии. На зрелых нейронах и нейрональных предшественниках – производных индуцированных плюрипотентных стволовых клеток, которые получают в результате репрограммирования фибробластов пациентов с моногенными и спорадическими нейродегенеративными заболеваниями, проводился анализ важных патогенетических каскадов болезни Паркинсона, ювенильного паркинсонизма, спиноцеребеллярных атаксий, болезни Гентингтона и др.
Лаборатория стала консультативным центром по методам культивирования нервной ткани и экспериментального исследования механизмов повреждения нейронов, а также способам его фармакологической коррекции при острых и хронических формах церебральной патологии.

Деятельность лаборатории в настоящее время