Исследование показывает новую роль цинка при повреждении зрительного нерва

На протяжении более двух десятилетий исследователи пытались восстановить поврежденный зрительный нерв, используя различные факторы роста и/или вещества, которые позволяют преодолеть природное подавление роста. Но, в лучшем случае, эти подходы приводят к регенерации и восстановлению связи с мозгом лишь около 1 процента поврежденных нервных волокон, большинство клеток в конце концов умирает. Исследователи в Бостонской детской больнице в настоящее время демонстрируют, что благодаря совершенно новому подходу – хелатированию цинка, который высвобождается в результате повреждения - клетки живут дольше, возможно, на неопределенный срок, с впечатляющими уровнями регенерации аксонов у экспериментальных мышей.

Если будет доказано, что это работает так же хорошо в организме человека, такое лечение может принести большую пользу пациентам с повреждением зрительного нерва, глаукомой и, возможно, повреждениями других типов нервных волокон (аксонов) в центральной нервной системе, такими, как повреждение спинного мозга. Хелаты цинка уже существуют и потенциально могут быть доставлены либо системно, либо путем инъекции в глаза, говорят исследователи. Их результаты были опубликованы в Proceedings of the National Academy of Sciences.

Зрительный нерв, который передает визуальную информацию от глаза к мозгу, состоит из аксонов, выступающих из нейронов, известных как ганглиозные клетки сетчатки. Обычно, при повреждении зрительного нерва эти клетки погибают, но что на самом деле их убивает - было неизвестно.

«Было проведено, по меньшей мере, 200 исследований, в том числе некоторые здесь, чтобы понять, почему эти клетки умирают, - говорит Ларри Беновитц, доктор фармацевтики, из Центра нейробиологии Ф. М. Кирби и отделения нейрохирургии Бостонской детской больницы. - И даже если клетки выживают, они обычно не могут восстановить свои связи».

Пол Розенберг, доктор медицины, доктор фармацевтики, соавтор исследования, изучал роль цинка в гибели клеток. Он предложил исследовать цинк в сетчатке, части глаза, где визуальные сигналы принимаются, обрабатываются и передаются в мозг.

Цинк необходим для многих клеточных функций. Во многих нейронах цинк «упакован» в синапсах в крошечных пузырьках, вместе с нейротрансмиттерами, которые эти клетки используют для связи с другими клетками. Высвобождение цинка обычно жестко контролируется, потому что его высокие уровни являются токсичными для клеток.

В экспериментах на мышах исследователи наблюдали резкое повышение уровня цинка после повреждения зрительного нерва – как ни странно, не в поврежденных ганглиозных клетках сетчатки, а в клетках, которые взаимодействуют с ними, интернейронов, известных, как амакриновые клетки. Этот всплеск уровня цинка произошел в течение часа после повреждения. Два или три дня спустя цинк перемещался в ганглиозные клетки сетчатки глаза - и только тогда клетки начинали погибать.

Содействие выживанию и регенерации
В то время как цинк ранее связывался с гибелью клеток, это первое исследование, демонстрирующее, что целевая доставка цинка может защитить поврежденные нейроны в глазах и помогает регенерации аксонов зрительного нерва, и в числе первых, показывающих эффект нацеливания цинка в живых животных моделях.

«Когда мы использовали вещества, которые связывают цинк - хелаты- мы дали возможность около 40 процентов поврежденных клеток выжить в течение нескольких месяцев и, возможно, на более длительный срок, - говорит Беновитц. - Факторы роста и факторы выживания имеют только кратковременный эффект, они в действительности не останавливают процесс клеточной смерти. Если вы изберете правильную дозировку и будете доставлять хелаты цинка непрерывно, возможно, половина ганглиозных клеток сетчатки уцелеет».

Исследователи также наблюдали существенную регенерацию аксонов клеток.

В этих исследованиях авторы использовали несколько веществ для визуализации увеличения свободного цинка в клетках сетчатки и хелат цинка, в том числе - некоторые недавно разработанные соединения Стивена Липпарда, доктора фармацевтики химического факультета Массачусетского технологического институт, соавтора статьи.

В дополнение к хелатации, исследователи протестировали несколько других генетических и фармакологических способов профилактики попадания цинка в ганглиозные клетки сетчатки. Эти методы также увеличили выживаемость клеток. Все, что вам нужно сделать, это предотвратить попадание цинка через синапс в ганглиозные клетки, говорит участник исследования Ли.

Терапевтические возможности
Исследователи отмечают, что задержка перед увеличением уровня цинка в ганглиозных клетках сетчатки означает, что хелатирование может быть эффективным, даже если не произведено сразу после повреждения. Они наблюдали устойчивую выживаемость клеток и регенерацию аксонов, даже если лечение было отложено на пять дней.

Они надеются получить дополнительное финансирование для разработки лекарственной формы с медленным высвобождением хелата цинка в течение определенного периода времени, что потенциально позволяет пациентам получить только одну инъекцию в глаза.

Benowitz, Розенберг и Ли также заинтересованы в изучении того, как цинк вызывает смерть клеток и блокирует регенерацию. «Следующий шаг - найти эти механизмы, - говорит Розенберг. - Мы считаем, что эти исследования могут дать новые идеи для новых терапевтических подходов».

Цинк: Новый кальций?
«Очень мало известно о роли цинка в здоровой нервной системе или его роли при повреждении мозга, хотя благодаря работе многих групп по всему миру мы начинаем выше оценивать его значение, - говорит Розенберг.- Все считали кальций главным регулятором в отношении здоровья и болезни. Мы считаем, что цинк разделит эту роль в 21-м веке».