Восстановление Мочевого Пузыря у Крыс с Повреждениями Спинного Мозга

   Восстановление контроля над мочевым пузырем избавит людей с повреждениями спинного мозга от неловких случаев связанных с катетерами и памперсами, а так же от дорогостоящей медицинской помощи и опасных, а иногда даже смертельных инфекций.

 Исследования команды ученых из Кливленда, США приблизили эти цели намного ближе к реальности.

  У крыс, спинной мозг которых был полностью разорван – самый худший вид паралича при травме спинного мозга - ученые из «Case Western Reserve University» и клиники Кливленда смогли вызвать постепенный рост нервных волокон через промежутки размером с ширину карандаша.

  Воссоединение разорванных нейронов сделало возможным для крыс почти нормально, самостоятельно мочиться, что они и делают теперь довольно часто, когда бродят по своим клеткам. Этот медицинский прорыв, первый в области регенерации нерва, после десятилетий работ, и многих несбывшихся надежд. Директор проекта, CWRU невролог Джерри Силвер, уже использовал аналогичный метод два года назад, чтобы возродить дыхательные мышцы у крыс с менее тяжелыми повреждениями спинного мозга.

  Кропотливый процесс прививки, которой невролог Клиники Ю-Шан Ли заимствовал для сращивания поврежденных и разорванных нервных путей у крыс, не восстановил гораздо более сложные соединения, необходимые для ходьбы. Команда из Кливленда делает упор на более достижимые, постепенные улучшения качества жизни парализованных пациентов, а не на неуловимый и недостижимый "Святой Грааль" в данной области медицины – восстановление ходьбы.

  "Ясно то, что некоторые примитивные функции могут быть в состоянии вернуться", сказал Сильвер. "Мы показали, в первый раз, что мы можем улучшить регенерации во взрослом спинном мозге, и наладить связь через полное повреждение спинного мозга. Это первый шаг в правильном направлении".

  Ученые попытаются восстановить функции мочевого пузыря в организме человека, они должны показать, что их метод может повторно вырастить нервы на больших расстояниях у большего количества животных, чем крысы, и что эти волокна могут преодолеть укоренившиеся препятствия в виде рубцов, и старых травмах позвоночника, не только на ранних этапах травмы.

  Тем не менее, результаты, которые скоро будут опубликованы в журнале «Neuroscience» являются вдохновляющими и волнительными. Выводы "действительно впечатляют", говорит Сьюзан Хоули, исполнительный вице-президент и директор по исследованиям Кристофера и Даны Рив Фонд, США. "С моей точки зрения, это важное исследование, которое даст толчок вперед".

 Трудная задача – ремонт спинного мозга

  До недавнего времени многие ученые сомневались, что хрупкий, сложный человеческий спинной мозг, когда сильно поврежден, может быть востановлен.

  В качестве вспомогательного органа головного мозга, спинного мозг - это плотно скомплектованные нервные волокна для быстрого двустороннего обмена информацией. Он способен ретранслировать команды - некоторые добровольно, некоторые автоматически – посылаемые от мозга к мышцам тела и органам, и тем самым передавать ощущения и другие жизненно важные сведения обратно в мозг. Спинной мозг также имеет встроенную способность вызывать определенные быстродействующие защитные рефлексы, такие как подергивание рук, от горячей печи или выпрямление колена, чтобы сохранить равновесие.

  Некоторые животные с более простыми нервными системами в состоянии оправиться от ужасной травмы спинного мозга. Спинной мозг некоторых рыб при полном повреждении способен самовосстанавливаться и в конечном итоге они могут восстановить способность махать хвостом и плыть.

  И человека, периферические нервы - отдаленные нити, которые отходят от спинного мозга к управлению мышц и органов - могут медленно восстанавливаться при повреждении, хотя это несовершенно для всех. Немного удачи и мастерство хорошего хирурга, поможет людям вновь обрести некоторые утраченные чувства.

  Но нервы в человеческом головном и спинном мозге (а также у других крупных млекопитающих) в состоянии исправить себя самостоятельно. Однако если их вырезать ножом или пулей, раздавить резким ударом, а так же оставив их в покое, всё это приведет к тому, что они не будут восстанавливаться. Исследователи не уверены, почему именно существует это неравенство. Может быть, это связанно со сложностью центральной нервной системы у больших животных.

  Независимо от причины, миллионы людей на планете живут с постоянным повреждением спинного мозга, примерно 18 процентов из них не имеют чувств или движений ниже груди или талии, в то время как 12 процентов полностью парализован ниже шеи.

  Просто потому, что человеческий мозг и спинномозговые нервы мозга не способны самовосстанавливаться не означает, что они не пытаются это делать. В начале 1900-х, известный испанский нейрофизиолог Сантьяго Рамон-и-Кахаль заметил, что свежесрезанные нервные волокна прорастают, хотя этот прогресс застопорился и "иссяк безвозвратно" в течение нескольких дней.

  Он ещё тогда догадался – и это было правильно, как выяснилось - что для начала прорастания нервов, необходимо какое-то химическое воспитание, чтобы помочь им расти. Кхаль подозревал, что периферические нервы, которые могут регенерировать самостоятельно, могут содержать недостающий компонент. Лаборатория Кахаля попыталась с помощью пересаженного фрагмента седалищного нерва кролика как своего рода решетки, через которую животные разрезанные волокна нервов мозга могли бы распространяться, но результаты были неубедительными.

  Тогда, в 1981 году, вооруженный более лучшим нервным методом обнаружения роста, Монреальские исследователи Альберт Агуайо и Сэмюэль Дэвид пытались преодолеть технику Кахаля, на этот раз в спинном мозге крыс. Нервные волокна были в состоянии пересечь мост, проросли на дюйм или больше и доказали, что не было никакой внутренней причины у спинномозговых нервов спинного мозга к не способности к саморегенерации. Но их прогресс застопорился, когда они перешли к сращиванию и попытались вновь проникнуть в поврежденный спинной мозг, мощный намек на то, что другие препятствия были в данной работе.

  Ученые, в том числе и доктор Силвер из CWRU, начал зондировать эти препятствия. Он обнаружил, что зашедшие в тупик нервные волокна реагируют на сильные химические и физические препятствия, которые вызывают в теле процессы, как часть собственных попыток предотвратить дальнейшее повреждение после травмы спинного мозга. Некоторые лаборатории работали над тем, чтобы понять рост и стимулирование химических веществ, которые могли бы помочь продвижению и росту нервов. Сильвер же, был сосредоточен не на токсичных местах повреждения, а на белках в шрамах, которые физически мешают повторному росту нервных волокон. Он экспериментировал с ферментами, хондроитиназ, то убирал белок и освобождал нервные волокна. Но формирование рабочих связей оставалась всё ещё проблемой для него.

  В 1996 году, доклад, поступивший из Швеции, казалось, показывал, что исследователи, наконец, преодолели все барьеры в регенерации и фактически отремонтировали повреждение спинного мозга. У парализованных крыс, у которых были полностью разорваны нервные волокна, невролог Ларс Олсон и нейрохирург Генрих Ченг, наладили парные мосты Кахаля, для нерва с повышенным ростом и химическим веществом под названием FGF, тем самым смогли восстановить некоторые движения и несущие способности в задних лапах у крыс.

  Хотя эта работа первоначально и была воспринята как прорыв, другие ученые не смогли повторить их результаты, возможно, из-за тщательной микрохирургической прививки на спинном мозге крыс. Единственный, кто сообщил о успешных результатах был Ю-Шан Ли, тайваньский нейробиолог из Университета Калифорнии в Ирвине, который тренировался вместе с Ченг и узнал, о преодолении этих трудных операций. Его крысы восстановили функцию задних конечностей, но это было далеко от тог, чтоб снова ходить.

  Сильвер, тем временем, полагал, что он может иметь больше шансов с пересадкой нерва при подходе, если он соединит его с ферментом шрама, и если он предназначен для чего-то менее сложного, чем восстановление ходьбы. Дыхание казалась разумной целью. Это, в основном требует повторной активации одной мышцы, диафрагмы. В лабораторных исследованиях 2011 года, Сильвер сообщил, что их частично парализованные крысы обрели "надежные" дыхательные способности при обработке нервных мостов и шрамов.

  Восстановление мочевого управления казалось следующей логической целью, так как мочевой пузырь является относительно простой системой, это - кошелек струноподобных мышц сфинктера, который зажимает органы, которые закрыты большую часть времени, а мышечная стенка, сжимается, чтобы вытолкнуть мочу, когда сфинктер расслабляется. Головной и спинной мозг при этом должны работать вместе, чтобы координировать данный процесс.

  У парализованных людей, мочевой сфинктер плотно фиксируется (в отличие от других мышц, которые расслаблены) и мочевой пузырь может переполняться, так как сигналы опорожнения могут не достичь мозга. Мочевой пузырь растет аномально большой, и иногда вызывает переполнение внезапными скачками дыхания, кровяного давления и частоты сердечных сокращений, которые могут быть опасными для жизни. Катетеры, которые способны вручную опорожнить мочевой пузырь, являются проводниками для бактерий, и любое количество мочи, которая сохраняется в мочевом пузыре, может привести к размножению инфекций или развитию почечной недостаточности.

  Используя в опытах крыс, у которых мочевые пузыри были парализованы, лабораторным методом Сильвера пытался восстановить контроль над мочевым пузырем, методом перемычек, которые он уже ранее успешно использовал для возрождения дыхания. "Мы с треском провалились", сказал Сильвер. "Спинной мозг становится очень узким в областях, которые управляют мочевым пузырем, и мы в основном уничтожали спинной мозг нашими операциями".

  К счастью для Сильвера, Ю-Шан Ли, молодой нейрофизиолог, уже освоил сложные операцию под опекой и методике Чэн, и получил работу в клинике Кливленда.

  "Ю-Шань является признанным мастером в хирургии", говорит Сильвер. "Мы думали, что это будет не просто, чтоб объединить наши ресурсы вместе" - знание Сильвера о росте и блокировке шрамов и о том как их обезвредить вместе с хирургическим талантом Ли, плюс опыт работы с ростом FGF-повышением, привели к этим, новым и обнадеживающим результатам.

  Так они и начали исследование мочевого пузыря, Ли выполнял две или три изнурительные пятичасовые операции по сращиванию спинного мозга в день. Во-первых, под наркозом, спинной мозг крыс был полностью разорван в области груди. Полный разрыв, методом рассечения, был необходим и потому, что, если крысы и восстановят контроль над мочевым пузырем, исследователи смогут быть в полной уверенности, что это было связано с их новым методом восстановления и ремонта, а не с некоторыми остаточными соединениями.

  Ли аккуратно устанавливал трансплантат в крошечный зазор. Сращивая от 18 до 21-го периферийных нервных путей взятых из грудной стенки каждой крысы. Периферические нервы могли умереть, но трубки, которые окружили их служить туннелями для повторно растущих спинномозговых нервов, которые налаживали связь к желанной цели, к присоединению.

  Ли связывал каждое отдельное волокно, используя DAB природный фибриновый клей, липкий материал в запекшейся крови. Фибрин покрывал рубец и FGF, поощряя нерв к повторному росту. Ли также вводит ферменты рубцов в спинной мозг, туда - где будет происходить рубцевание тканей. Он связывал позвонки крыс вместе так, чтобы тонкие трансплантаты небыли разъединены, когда животные проснулись. Затем исследователи ждали, чтобы увидеть результат.

  Крысы не мочатся так, как это делают люди. Они мочатся не только чтоб избавиться от отходов организма, но и для того, чтобы отметить свою территорию, то, что они делают десятки раз за ночь, небольшими порциями, что тщательно контролируется рывками. Сложность крысиного мочеиспускания на самом деле является хорошим тестом, если ученые смогут восстановить его, это повысит уверенность в возможном человеческом ремонте функций мочевого пузыря.

  Хотя потребовалось три-шесть месяцев, и 15 крыс, чтоб Сильвер и Ли получили то, что они называют "Мужской стриптиз" лечение - сращивание спинного мозга, и стимулирование роста FGF - показали заметные улучшения функций мочевого пузыря.

  Эти крысы мочились чаще, и в меньших объемах (с указанием на то, что их пузыри не были переполненными), чем их коллеги. Их мышцы сфинктера восстановились, их раздутые пузыри сократилась в размерах и в весе.

  Когда ученые исследовали спинной мозг у этих крыс, они обнаружили, что всего лишь несколько сотен нервных волокон пересекли мост и перемонтировали себя. Те нервы, которые сделал это, были нервными типами происходящими в стволе головного мозга, и участвующими в контроле над мочевым пузырем и другими, рефлексивными движениями, а не те, ответственные за точные, сложные виды деятельности, такие как ходьба или игра на пианино.

  Пока не ясно, почему не было повторного роста во всех нервах. "Те, примитивные функции, могут быть совершенно особенными", сказал Сильвер.

Повторная резка и ремонт спинного мозга у этих крыс уничтожила их восстановленный контроль над мочевым пузырем, несмотря на то, что им давали препараты, которые блокировали нервы, участвующие в мочеиспускании.

 Сильвер и Ли хотят знать, работает ли их метод в старых травмах спинного мозга, где рубцы и другие препятствия для регенерации нерва были на одном месте в течение нескольких месяцев и, вероятно, их будет труднее преодолеть.

  Они будут тестировать различные способы разрыва нервных волокон в спинном мозге до установки соединений, при помощи лекарств, генетических методов и электрической стимуляций.

  "Мы до сих пор не знаем, почему у них есть эта способность повторно вырасти", сказал Ли.

  Для испытания на людях, необходимы доказательств того, что данная методика работает на более крупных животных, таких как кошки или свиньи, как говорят сами исследователи. Человеческие нейроны растут быстро, и поэтому они должны были бы расти на гораздо большие расстояния, чем при регенерации нервов у крыс, из-за разницы в размерах тела. "Это то, над чем мы должны работать", сказал Сильвер - "ускорения роста".