Hermoston kantasolut

Kokeellista näyttöä keskushermostosolujen uudistumismahdollisuudesta saatiin paljon aikaisemmin kuin alkion kantasolujen löytäminen tutkimuksissa, jotka osoittivat aikuisten rottien aivojen neokorteksissa, hippokampuksessa ja hajukäämeissä solujen läsnäolon, jotka sitovat 3H-tymidiiniä eli kykenevät proteiinisynteesiin ja jakautumiseen. Viime vuosisadan 60-luvulla oletettiin, että nämä solut ovat hermosolujen esiasteita ja osallistuvat suoraan oppimis- ja muistiprosesseihin. Hieman myöhemmin paljastui de novo muodostuneiden synapsien läsnäolo hermosoluissa ja ilmestyivät ensimmäiset työt alkion kantasolujen käytöstä neurogeneesin indusoimiseksi in vitro. 1900-luvun lopulla kokeet alkion kantasolujen kohdennetulla erilaistumisella hermosolujen kantasoluiksi, dopaminergisiksi ja serotonergisiksi neuroneiksi johtivat klassisten käsitysten tarkistamiseen nisäkkäiden hermosolujen kyvystä uudistua. Lukuisien tutkimusten tulokset ovat vakuuttavasti osoittaneet sekä hermoverkkojen uudelleenjärjestelyn todellisuuden että neurogeneesin läsnäolon koko nisäkkään elimistön postnataalisen elämän ajan.

[ 1 ], [ 2 ], [ 3 ], [ 4 ], [ 5 ], [ 6 ]

Neuraalisten kantasolujen lähteet

Ihmisen hermostollisia kantasoluja eristetään leikkausten aikana sivukammioiden subventrikulaarisella alueella ja hippokampuksen dentate gyrus -lohkossa, joiden solut muodostavat viljelmässä neurosfäärejä (hermosfäärejä), ja näiden dispergoinnin ja esimuodostuksen jälkeen kaikki keskushermoston pääsolutyypit tai erityisessä väliaineessa uusia mikrosfäärejä. Myös alkion aivojen periventrikulaarisista alueista eristetyn dissosioituneen kudoksen suspensioviljelmissä syntyy neurosfäärejä.

Epäkypsien aivosolujen markkereita ovat nestiini, beeta-tubuliini III (hermosolujen linjamerkki), vimentiini, GFAP ja NCAM, jotka tunnistetaan immunosytokemiallisesti monoklonaalisten vasta-aineiden avulla. Nestiiniä (neurofilamenttiproteiini tyyppi IV) ilmentävät multipotentit neuroektodermaalisolut. Tätä proteiinia käytetään multipotenttien neuroepiteliaalisten progenitorisolujen tunnistamiseen ja eristämiseen keskushermostosta käyttämällä monoklonaalisia vasta-aineita Rat-401, jotka voivat havaita jopa 95 % hermostoputkisoluista rotan alkioissa tiineyden yhdennellätoista päivällä. Nestiiniä ei ilmenny hermostollisten kantasolujen erilaistuneissa jälkeläisissä, mutta sitä esiintyy varhaisissa hermostollisissa progenitorisoluissa, postmitoottisissa neuroneissa ja varhaisissa neuroblasteissa. Tätä markkeria on käytetty neuroepiteliaalisten progenitorisolujen tunnistamiseen ja kantasolujen olemassaolon todistamiseen keskushermostossa. Vimentiiniä (neurofilamenttiproteiini tyyppi III) ilmentyvät hermostollisissa ja gliasolujen progenitorisoluissa sekä neuroneissa, fibroblasteissa ja sileissä lihassoluissa. Siksi molemmilta immunosytokemiallisilta markkereilta puuttuu spesifisyys, jota tarvitaan hermostollisten kantasolujen ja progenitorisolujen erilliseen tunnistamiseen. Beeta-tubuliini III määrittää kantasolujen erilaistumisen hermosolujen suunnan, kun taas tyypin I astrosyytit tunnistetaan GFAP:n ilmentymisen perusteella ja oligodendrosyytit ilmentävät spesifisesti galaktoserebrosidia (Ga!C).

FGF2 ja EGF toimivat mitogeeneinä hermostollisille progenitorisoluille, tukien erilaistumattomien progenitorisolujen lisääntymistä viljelmässä ja neurosfäärien muodostumista. Hermoston kantasolujen jakautumisnopeus kasvaa merkittävästi FGF2:n vaikutuksesta sekä FGF2:n ja EGF:n yhdistelmää käytettäessä. FGF2:n proliferatiiviset vaikutukset välittyvät FGF2-R1-reseptorien kautta. Hepariini lisää FGF2-reseptorin sitoutumisaffiniteettia ja tehostaa dramaattisesti sen mitogeenistä vaikutusta neuroepiteliaalisoluihin. Alkionkehityksen alkuvaiheessa FGF2-reseptoreita ilmentyy rotan telenkefalonissa, kun taas myöhemmissä vaiheissa niiden lokalisaatio rajoittuu kammiovyöhykkeelle. Postmitoottisten solujen FGF2-R1:n ilmentymisen huippu havaitaan neurogeneesin varhaisen vaiheen päätyttyä. Telenkefalonin kehityksen alkuvaiheelle on ominaista EGF-reseptorien ilmentymisen alhainen taso, pääasiassa vatsanpuoleisen alueen soluissa. Alkionkehityksen myöhemmissä vaiheissa EGF-R:n ilmentyminen lisääntyy selkäsuunnassa. Jyrsijän aivoissa EGF:llä on suuri affiniteetti transformoivaan kasvutekijä beeta -reseptoriin (TGF-beeta-R), johon se sitoutuu ensisijaisesti. EGF-R:n toiminnallisesta roolista saadaan epäsuoria todisteita etuaivojen kortikaalisesta kehityshäiriöstä, jota esiintyy alkionkehityksen loppuvaiheessa ja postnataalisessa ontogeneesissä, etuaivojen toiminnan heikkenemisestä, kortikaalisten solujen kuolemasta ja hippokampuksen ektopiasta EGF-reseptorigeenin poistogeenisillä hiirillä. Lisäksi TGF-α:n läsnäolo ravintoalustassa on ehdottoman välttämätöntä neurosfäärien muodostumiselle. Kun kasvutekijät on poistettu soluviljelynesteestä, solut lakkaavat jakautumasta ja erilaistuvat spontaanisti neuroneiksi, astrosyyteiksi ja oligodendroblasteiksi.

Ottaen tämän huomioon, dissosioituneiden kantasolujen uudelleenaggregaatio ja neurosfäärien viljely suoritetaan EGF:ää ja emäksistä FGF:ää tai FGF2:ta sisältävissä ravintoalustoissa, mutta ilman seerumin lisäämistä. On osoitettu, että EGF indusoi sivukammioiden subependymaalisen alueen kantasolujen lisääntymistä, ja emäksinen FGF edistää kypsän aivojen striatumin, hippokampuksen, neokorteksin ja näköhermon kantasolujen lisääntymistä. EGF:n ja emäksisen FGF:n yhdistelmä on ehdottoman välttämätön etuaivojen kolmannen ja neljännen kammion ependymistä sekä rinta- ja lannealueen selkäydinkanavasta eristettyjen kantasolujen aktiiviselle lisääntymiselle.

Dissosiaation jälkeen hermostollisten kantasolujen suspensiota viljellään muovimaljoissa tai monikuoppalevyillä ilman liima-alustaa muodostuneiden uusien neurosfäärien koon kasvattamiseksi, mikä kestää yleensä noin 3 viikkoa. Neurosfäärien moninkertaisen dispersion ja lisääntymisen menetelmä mahdollistaa riittävän määrän lineaaristen multipotenttien kantasolujen kloonien saamisen aivojen sisäistä siirtoa varten. Tämä periaate on myös perusta ihmisalkion aivoista eristettyjen kantasolujen pankin luomiselle. Niiden pitkäaikainen (useiden vuosien) kloonaus mahdollistaa stabiilien hermostollisten kantasolulinjojen saamisen, joista katekolamiinergiset neuronit muodostuvat indusoidun erilaistumisen aikana.

Jos neurosfäärejä ei dispergoida ja kasvateta liima-aineille kasvutekijöitä vailla olevissa elatusaineissa, lisääntyvät kantasolut alkavat spontaanisti erilaistua muodostaen hermosolujen ja gliasolujen kantasoluja, jotka ilmentävät kaikenlaisten hermosolujen markkereita: MAP2, Tau-1, NSE, NeuN, beeta-tubuliini III (neuronit), GFAP (astrosyytit) ja CalC, 04 (oligodendrosyytit). Toisin kuin hiiren ja rotan solut, neuronit muodostavat yli 40 % kaikista erilaistuneista soluista ihmisen hermostollisten kantasolujen viljelmissä (1–5 % jyrsijöillä), mutta oligodendrosyyttejä muodostuu huomattavasti vähemmän, mikä on erittäin tärkeää demyelinaatiosairauksien soluterapian kannalta. Ongelma ratkaistaan lisäämällä B104-viljelyalustaa, joka stimuloi myeliiniä tuottavien solujen muodostumista.

Kun ihmisalkioiden aivojen hermostollisia progenitorisoluja viljellään EGF:ää, emäksistä FGF:ää ja LIF:ää sisältävässä väliaineessa, hermostollisen linjan kantasolujen määrä kasvaa 10 miljoonaa kertaa. In vitro -kasvatetuilla soluilla säilyy kyky migratoitua ja erilaistua hermostollisiksi ja gliasoluiksi siirron jälkeen kypsien rottien aivoihin. In vivo -olosuhteissa multipotenttien kantasolujen jakautumisten määrä on kuitenkin rajallinen. On toistuvasti todettu, että "aikuisen" hermostollisen kantasolun Hayflickin raja (noin 50 mitoosia) on edelleen saavuttamaton edes kokeellisesti - neurosfäärien muodossa olevat solut säilyttävät ominaisuutensa vain 7 kuukautta ja vasta 8 jakson jälkeen. Uskotaan, että tämä johtuu niiden dispersiomenetelmien erityispiirteistä siirrostuksen aikana (trypsinisaatio tai mekaaninen toiminta), jotka vähentävät jyrkästi solujen proliferatiivista aktiivisuutta solujen välisten kontaktien häiriintymisen vuoksi. Itse asiassa, jos dispersion sijaan käytetään neurosfäärien jakamista neljään osaan, solujen elinkelpoisuus siirrostuksen aikana kasvaa merkittävästi. Tämä menetelmä mahdollistaa ihmisen hermostollisten kantasolujen viljelyn 300 päivän ajan. Tämän ajanjakson jälkeen solut kuitenkin menettävät mitoottisen aktiivisuutensa ja rappeutuvat tai siirtyvät spontaanin erilaistumisen vaiheeseen, jossa muodostuu neuroneja ja astrosyyttejä. Tämän perusteella kirjoittaja uskoo, että 30 mitoosia on viljeltyjen hermokantasolujen jakautumisten enimmäismäärä.

Kun ihmisen hermostollisia kantasoluja viljellään in vitro, muodostuu pääasiassa GABAergisia neuroneja. Ilman erityisiä olosuhteita hermostolliset progenitorisolut tuottavat dopaminergisiä neuroneja (jotka ovat välttämättömiä Parkinsonin taudin soluterapialle) vasta ensimmäisissä läpikulkuissa, minkä jälkeen kaikki viljelmän neuronit koostuvat yksinomaan GABAergisista soluista. Jyrsijöillä IL-1 ja IL-11 sekä hermosolujen kalvojen fragmentit, LIF ja GDNF, aiheuttavat dopaminergisten neuronien induktion in vitro. Tämä metodologinen lähestymistapa on kuitenkin osoittautunut epäonnistuneeksi ihmisillä. Siitä huolimatta, kun GABAergisia neuroneja siirretään aivojen sisään in vivo, mikroympäristötekijöiden vaikutuksesta, syntyy hermosoluja, joilla on erilaisia välittäjäfenotyyppejä.

Neurotrofisten tekijöiden yhdistelmien etsintä osoitti, että FGF2 ja IL-1 indusoivat dopaminergisten neuroblastien muodostumista, jotka eivät kuitenkaan kykene tuottamaan dopaminergisiä neuroneja. Hippokampuksen kantasolujen erilaistuminen eksitatorisiksi glutamaattiergisiksi ja inhibitorisiksi GABA-ergisiksi neuroneiksi tapahtuu neurotrofiinien vaikutuksesta, ja EGF ja IGF1 indusoivat glutamaattiergisten ja GABA-ergisten neuronien muodostumista ihmisalkioiden hermostollisista progenitorisoluista. Retinoihapon ja neurotrofiini 3:n (NT3) peräkkäinen lisääminen viljelmään lisää merkittävästi kypsien aivojen hippokampuksen kantasolujen erilaistumista erilaisiksi välittäjäaineiksi, kun taas aivoperäisen neurotrofisen tekijän (BNDF), NT3:n ja GDNF:n yhdistelmä voi tuottaa pyramidaalisia neuroneja hippokampuksen ja neokortikaalisissa viljelmissä.

Lukuisien tutkimusten tulokset osoittavat siis, että ensinnäkin eri aivorakenteista peräisin olevat kantasolut pystyvät paikallisten spesifisten kudostekijöiden vaikutuksesta erilaistumaan in vivo näille rakenteille ominaisiksi hermosolujen fenotyypeiksi. Toiseksi, hermosolujen kohdennettu indusoitu erilaistuminen in vitro kloonaamalla progenitorisoluja mahdollistaa tiettyjen fenotyyppisten ominaisuuksien omaavien hermo- ja gliasolujen saamisen aivojensisäistä siirtoa varten erilaisissa aivosairauksissa.

Ei ole epäilystäkään siitä, että alkioista tai aikuisen keskushermostosta eristettyjä pluripotentteja kantasoluja voidaan pitää uusien hermosolujen lähteenä ja käyttää kliinisessä käytössä neurologisten patologioiden hoidossa. Käytännön soluvälitteisen neurotransplantaation kehityksen suurin este on kuitenkin se, että useimmat hermostolliset kantasolut eivät erilaistu hermosoluiksi istutuksen jälkeen kypsän keskushermoston ei-neurogeenisiin alueisiin. Tämän esteen kiertämiseksi ehdotetaan erittäin omaperäistä innovatiivista menetelmää, joka mahdollistaa puhtaan hermosolupopulaation saamisen in vitro ihmisen sikiön hermostollisista kantasoluista siirron jälkeen kypsän rotan keskushermostoon. Kirjoittajat osoittavat, että tällä menetelmällä istutettujen solujen erilaistuminen päättyy kolinergisen fenotyypin neuronien muodostumiseen, mikä johtuu ympäröivän mikroympäristön tekijöiden vaikutuksesta. Ehdotettu teknologia on kiinnostava uudenlaisten kantasolupohjaisten hoitojen kehittämisen ja vamman tai neurodegeneratiivisen sairauden vuoksi vaurioituneiden hermosolujen korvaamisen kannalta, koska kolinergisillä neuroneilla on johtava rooli motoristen, muisti- ja oppimistoimintojen kehittämisessä. Erityisesti ihmisen kantasoluista eristettyjä kolinergisiä neuroneja voidaan käyttää korvaamaan amyotrofisessa lateraaliskleroosissa tai selkäydinvammoissa menetettyjä motorisia neuroneja. Tällä hetkellä ei ole tietoa menetelmistä, joilla mitogeenillä esimuodostetuista kantasoluista voitaisiin tuottaa merkittävä määrä kolinergisiä neuroneja. Kirjoittajat ehdottavat melko yksinkertaista mutta tehokasta menetelmää mitogeenillä esimuodostettujen primaaristen ihmisen alkion hermostollisten kantasolujen stimuloimiseksi kehittymään käytännössä puhtaiksi neuroneiksi sen jälkeen, kun ne on istutettu sekä neurogeenisiin että ei-neurogeenisiin vyöhykkeisiin kypsässä rotassa. Heidän työnsä tärkein tulos on riittävän suuren määrän siirrettyjen solujen muuntuminen kolinergisiksi neuroneiksi, kun ne on istutettu keskikalvoon ja selkäytimeen.

Lisäksi 8 viikon ikäisen ihmisalkion aivokuoren hermostollisten kantasolujen esimuodostamiseksi kolinergisiksi neuroneiksi in vitro ehdotetaan käytettäväksi seuraavien troofisten tekijöiden ja kemiallisten elementtien erilaisia yhdistelmiä: rekombinantti emäksinen FGF, EGF, LIF, hiiren aminoterminaalinen äänipeptidi (Shh-N), trans-retinoiinihappo, NGF, BDNF, NT3, NT4, luonnollinen laminiini ja hiiren hepariini. Alkuperäistä ihmisen hermostollisten kantasolujen solulinjaa (K048) ylläpidettiin in vitro kaksi vuotta, ja se kesti 85 viljelykertaa ilman muutoksia proliferatiivisissa ja erilaistumisominaisuuksissa säilyttäen samalla normaalin diploidisen karyotyypin. Jaksojen 19–55 (viikot 38–52) dispergoimattomat neurosfäärit asetettiin poly-d-lysiinille ja laminiinille ja käsiteltiin sitten edellä mainituilla tekijöillä eri pitoisuuksina, yhdistelminä ja sekvensseinä. Emäksisen FGF:n, hepariinin ja laminiinin (lyhennettynä FHL) yhdistelmä antoi ainutlaatuisen vaikutuksen. Yhden päivän kuluttua alkion hermostollisten kantasolujen viljelystä FHL-elatusaineessa, jossa oli tai ei ollut Shh-N:ää (Shh-N + FHL -yhdistelmä lyhenteessä SFHL), havaittiin suurten tasosolujen nopeaa lisääntymistä. Kaikki muut yhden päivän protokollat (kuten emäksinen FGF + laminiini) johtivat sitä vastoin karanmuotoisten solujen rajoittuneeseen säteittäiseen leviämiseen, eivätkä nämä solut poistuneet neurosfäärien ytimestä. Kuuden päivän aktivoinnin ja sitä seuraavan 10 päivän erilaistumisen jälkeen B27:ää sisältävässä elatusaineessa FHL-aktivoitujen sfäärien reunalla havaittiin suuria multipolaarisia neuronimaisia soluja. Muissa protokollaryhmissä useimmat neuronimaiset solut pysyivät pieninä ja bipolaarisina tai unipolaarisina. Immunosytokemiallinen analyysi osoitti, että pienet (< 20 μm) bipolaariset tai unipolaariset solut olivat joko GABAergisia tai glutamatergisia, kun taas useimmat FHL-aktivoitujen neurosfäärien reunalla sijainneet suuret multipolaariset solut olivat kolinergisiä ja ilmensivät kolinergisille neuroneille tyypillisiä markkereita (Islet-1 ja ChAT). Jotkut näistä neuroneista ilmensivät samanaikaisesti synapsiini 1:tä. Viiden riippumattoman koesarjan tuloksena kirjoittajat havaitsivat, että yksikerroksisten vyöhykkeiden solupopulaatio erilaistui TuJ1+-neuroneiksi 45,5 %, kun taas kolinergiset (ChAT^) neuronit muodostivat vain 27,8 % saman populaation soluista. Kymmenen päivän lisäerilaistumisen jälkeen in vitro kolinergisten neuronien lisäksi FHL-aktivoituneissa neurosfääreissä löydettiin merkittävä määrä pieniä neuroneja - glutamatergisia (6,3 %), GABA-ergisiä (11,3 %), sekä astrosyyttejä (35,2 %) ja nestiinipositiivisia soluja (18,9 %). Muita kasvutekijöiden yhdistelmiä käytettäessä kolinergisiä neuroneja ei ollut, ja neurosfäärien marginaalisolut muodostivat joko astrosyyttejä tai pieniä glutamaatti- ja GABA-ergisiä neuroneja. Vara- ja aktiivipotentiaalien seuranta kokosolupatch clamp -tekniikalla osoitti, että seitsemän päivän FHL-aktivaation jälkeen useimpien suurten polypolaaristen solujen lepopotentiaali oli -29,0±2,0 mV ilman aktiopotentiaalia. Kahden viikon kuluttua lepopotentiaali nousi -63:een.6±3,0 mV, ja depolarisoivien virtojen induktiohetkellä havaittiin aktiopotentiaaleja, jotka 1 M tetrodotoksiini salpasi, mikä viittaa kolinergisten epäkypsien neuronien toiminnalliseen aktiivisuuteen.

Kirjoittajat osoittivat lisäksi, että FHL:n tai SFHL:n aktivaatio in vitro sinänsä ei johda kypsien hermosolujen muodostumiseen, ja yrittivät selvittää, kykenevätkö FHL- tai SFHL-esimuodostuneet kantasolut erilaistumaan kolinergisiksi hermosoluiksi, kun ne siirretään kypsien rottien keskushermostoon. Tätä tarkoitusta varten aktivoituneita soluja injektoitiin neurogeeniseen vyöhykkeeseen (hippokampus) ja useisiin ei-neurogeenisiin vyöhykkeisiin, mukaan lukien aikuisten rottien prefrontaalinen aivokuori, keskikalvo ja selkäydin. Implantoituja soluja seurattiin CAO-^^p-vektorilla. OCP:n tiedetään leimaavan sekä solujen ultrastruktuuria että soluprosesseja (molekyylitasolla) ilman vuotoa, ja se voidaan visualisoida suoraan. Lisäksi OCP:llä leimatut hermostolliset kantasolut säilyttävät hermosolujen ja gliasolujen erilaistumisprofiilin, joka on identtinen alkion aivojen transformoimattomien kantasolujen kanssa.

Yhdestä kahteen viikkoa 5 x 104 aktivoidun ja leimatun hermostollisen kantasolun implantoinnin jälkeen ^niitä löydettiin rottien selkäytimestä tai aivoista, ja OCD+-solut sijaitsivat pääasiassa injektiokohdan lähellä. Migraatio- ja integraatioprosesseja havaittiin jo kuukauden kuluttua elinsiirrosta. Migraatiorajat vaihtelivat injektiokohdasta riippuen: prefrontaaliseen aivokuoreen injektoituna OCD+-solut sijaitsivat 0,4–2 mm:n päässä injektiokohdasta, kun taas keskikalvoon, hippokampukseen tai selkäytimeen implantoinnin tapauksessa solut migroivat paljon pidempiä matkoja – jopa 1–2 cm. Siirretyt solut sijaitsivat hyvin organisoituneissa keskushermoston rakenteissa, mukaan lukien etuaivokuori, keskikalvo, hippokampus ja selkäydin. OCD-leimatut hermosoluelementit olivat näkyvissä jo ensimmäisen viikon aikana elinsiirron jälkeen, ja niiden määrä kasvoi merkittävästi kuukauden kuluttua leikkauksesta. Stereologinen analyysi osoitti implantoitujen solujen korkeamman eloonjäämisasteen aivojen eri rakenteissa verrattuna selkäytimeen.

Tiedetään, että useimmissa aikuisen nisäkkään kudoksissa säilyy alueellisten kantasolujen populaatio, joiden muuttumista kypsiksi soluiksi säätelevät spesifiset kudostekijät. Kantasolujen lisääntyminen, progenitorisolujen erilaistuminen ja tietylle aivorakenteelle spesifisten hermosolujen fenotyyppien muodostuminen in vivo ilmentyvät paljon suuremmassa määrin alkion aivoissa, mikä määräytyy paikallisen mikroympäristön morfogeneettisten tekijöiden - neurotrofiinien BDNF, NGF, NT3, NT4/5 ja kasvutekijöiden FGF2, TGF-a, IGF1, GNDF, PDGF - korkeiden pitoisuuksien - läsnäolon perusteella.

Missä hermostolliset kantasolut sijaitsevat?

On osoitettu, että hermostolliset kantasolut ilmentävät gliasolujen happamaa fibrillaarista proteiinia, jota hermostollisen linjan kypsillä soluilla esiintyy vain astrosyyteissä. Siksi astrosyyttisolut voivat olla kypsän keskushermoston kantasolureservi. Hajukäämeistä ja pykäläpoimuista on todellakin tunnistettu GFAP-positiivisista esiasteista peräisin olevia neuroneja, mikä on ristiriidassa perinteisten käsitysten kanssa säteittäisen gliasolun progenitoriroolista, sillä kyseinen solu ei ilmennä GFAP:tä pykäläpoimussa aikuisena. On mahdollista, että keskushermostossa on kaksi kantasolupopulaatiota.

Kysymys kantasolujen lokalisoinnista subventrikulaarisella vyöhykkeellä on myös epäselvä. Joidenkin kirjoittajien mukaan ependyymisolut muodostavat viljelmässä pallomaisia klooneja, jotka eivät ole todellisia neurosfäärejä (kuten subependyymaalisten solujen klooneja), koska ne kykenevät erilaistumaan vain astrosyyteiksi. Toisaalta ependyymisolujen fluoresoivan tai virusleimauksen jälkeen markkeri havaitaan subependyymaalisen kerroksen ja hajukäämien soluissa. Tällaiset leimatut solut muodostavat in vitro neurosfäärejä ja erilaistuvat neuroneiksi, astrosyyteiksi ja oligodendrosyyteiksi. Lisäksi on osoitettu, että noin 5 % ependyymaalisen kerroksen soluista ilmentää kantasolumarkkereita - nestiiniä, Notch-1:tä ja Mussashi-1:tä. Oletetaan, että epäsymmetrisen mitoosin mekanismi liittyy kalvoreseptori Notch-1:n epätasaiseen jakautumiseen, minkä seurauksena jälkimmäinen jää ependyymisalueelle lokalisoituneen tytärsolun kalvolle, kun taas subependyymaaliseen kerrokseen siirtyvä emosolu jää vaille tätä reseptoria. Tästä näkökulmasta subependymaalivyöhykettä voidaan pitää ependyymakerroksen kantasoluista muodostuneiden hermosolujen ja gliasolujen kantasolujen esiasteiden keräilijänä. Muiden kirjoittajien mukaan subventrikulaarisen vyöhykkeen kaudaalisiin osiin muodostuu vain gliasoluja, ja neurogeneesin lähteenä ovat rostraalis-lateraalisen osan solut. Kolmannessa variantissa lateraalisten kammioiden subventrikulaarisen vyöhykkeen etu- ja takaosille annetaan yhtä suuri neurogeeninen potentiaali.

Keskushermoston varsivaraston organisaation neljäs variantti vaikuttaa edullisemmalta, jonka mukaan subventrikulaarisessa vyöhykkeessä erotetaan kolme päätyyppiä hermostollisia progenitorisoluja - A, B ja C. A-solut ilmentävät varhaisia neuronaalisia markkereita (PSA-NCAM, TuJl) ja niitä ympäröivät B-solut, jotka tunnistetaan astrosyyteiksi antigeenien ilmentymisen perusteella. C-soluilla, joilla ei ole neuronien tai gliasolujen antigeenisiä ominaisuuksia, on korkea proliferatiivinen aktiivisuus. Kirjoittaja on vakuuttavasti osoittanut, että B-solut ovat hajukäämien A-solujen ja de novo -neuronien esiasteita. Migraation aikana A-soluja ympäröivät hermostollisten progenitorisolujen säikeet, mikä eroaa merkittävästi postmitoottisten neuroblastien migraatiomekanismista radiaaligliaa pitkin alkion aivoissa. Migraatio päättyy hajukäämeihin sekä A- että B-solujen mitoottisella jakautumisella, joiden johdannaiset sisällytetään rakeisiin solukerroksiin ja aivojen hajuvyöhykkeen glomerulaariseen kerrokseen.

Kehittyvistä alkion aivoista puuttuu erilaistuneita ependyymisoluja, ja kammioseinämät sisältävät lisääntyviä kammioiden germinaali- ja subventrikulaaristen alueiden kantasoluja, joihin primaariset neuro- ja glioblastit siirtyvät. Tämän perusteella jotkut kirjoittajat uskovat, että kypsän aivojen subependymaalinen alue sisältää vähentynyttä alkion germinaalista hermokudosta, joka koostuu astrosyyteistä, neuroblasteista ja tunnistamattomista soluista. Todelliset hermostolliset kantasolut muodostavat alle 1 % lateraalisen kammioseinämän germinaalialueen soluista. Osittain tästä syystä ja myös sen tiedon yhteydessä, että subependymaalisen alueen astrosyytit ovat hermostollisten kantasolujen esiasteita, astrosyyttisten gliasolujen transdifferentiaation mahdollisuutta, johon liittyy hermosolujen fenotyyppisten ominaisuuksien hankkiminen, ei voida sulkea pois.

Hermosolukantasolujen lokalisaatio-ongelman lopullisen ratkaisun pääasiallinen este in vivo on näille soluille tarkoitettujen spesifisten markkerien puute. Käytännön näkökulmasta erittäin mielenkiintoisia ovat kuitenkin raportit, joissa hermostokantasoluja on eristetty keskushermoston alueilta, jotka eivät sisällä subependymaalisia vyöhykkeitä - etuaivojen kolmannesta ja neljännestä kammiosta, selkäytimen rinta- ja lannealueiden selkäydinkanavasta. Erityisen tärkeää on se, että selkäydinvamma lisää keskuskanavan ependyymaalisten kantasolujen lisääntymistä, jolloin muodostuu progenitorisoluja, jotka siirtyvät ja erilaistuvat gliomesodermaaliarven astrosyyteiksi. Lisäksi astro- ja oligodendrosyyttien esiasteita löydettiin myös vahingoittumattomasta aikuisten rottien selkäytimestä.

Kirjallisuustiedot osoittavat siis vakuuttavasti aikuisten nisäkkäiden, myös ihmisten, keskushermoston alueellisen varsireservin olemassaolon, jonka regeneratiivis-plastinen kapasiteetti valitettavasti pystyy tarjoamaan vain fysiologisen uudistumisen prosesseja uusien hermosolujen muodostumisella, mutta ei vastaa korjaavan uudistumisen tarpeisiin. Tämä asettaa tehtäväksi etsiä mahdollisuuksia lisätä keskushermoston varsiresursseja eksogeenisin keinoin, mikä on ratkaisematonta ilman selkeää ymmärrystä keskushermoston muodostumismekanismeista alkionkaudella.

Nykyään tiedämme, että alkionkehityksen aikana hermostoputken kantasoluista syntyy kolme solutyyppiä: neuronit, astrosyytit ja oligodendrosyytit, eli neuronit ja neurogliasolut ovat peräisin yhdestä kantasolusta. Ektodermin erilaistuminen hermostollisten kantasolujen klustereiksi alkaa bHLH-perheen proneuraalisten geenien tuotteiden vaikutuksesta ja estyy Notch-perheen geenien reseptoritransmembraanisten proteiinijohdannaisten ilmentymisen myötä, mikä rajoittaa hermostollisten kantasolujen määrittämistä ja varhaista erilaistumista. Notch-reseptorien ligandit puolestaan ovat naapurisolujen transmembraanisia delta-proteiineja, joiden solunulkoisen domeenin ansiosta suorat solujen väliset kontaktit ja kantasolujen välinen induktiivinen vuorovaikutus tapahtuvat.

Alkion neurogeneesiohjelman jatkototeutus ei ole yhtään vähemmän monimutkaista ja näyttäisi olevan lajikohtaista. Neuroksenotransplantaatiotutkimusten tulokset kuitenkin osoittavat, että kantasoluilla on voimakas evolutiivinen konservatiivisuus, minkä vuoksi ihmisen hermostolliset kantasolut pystyvät siirtymään ja kehittymään, kun ne siirretään rotan aivoihin.

Tiedetään, että nisäkkäiden keskushermostolla on erittäin heikko kyky korjaavaan uudistumiseen, jolle on ominaista se, ettei kypsissä aivoissa näy merkkejä uusien soluelementtien syntymisestä korvaamaan vamman seurauksena kuolleita hermosoluja. Neuroblastisiirroissa jälkimmäiset eivät kuitenkaan ainoastaan kiinnity, lisäänty ja erilaistu, vaan ne pystyvät myös integroitumaan aivorakenteisiin ja korvaamaan toiminnallisesti menetettyjä hermosoluja. Sitoutuneiden hermosolujen progenitorisolujen siirron yhteydessä terapeuttinen vaikutus oli huomattavasti heikompi. Tällaisten solujen migraatiokyvyn on osoitettu olevan heikko. Lisäksi hermosolujen progenitorisolut eivät kopioi hermoverkkojen arkkitehtuuria eivätkä ole toiminnallisesti integroituneet vastaanottajan aivoihin. Tässä suhteessa korjaavaan plastiseen uudistumiseen liittyviä kysymyksiä ei-preformoituneiden multipotenttien hermokantasolujen siirron aikana tutkitaan aktiivisesti.

M. Aleksandrovan ym. (2001) tutkimuksessa kokeiden ensimmäisessä versiossa vastaanottajat olivat sukupuolikypsiä naarasrottia ja luovuttajat 15 päivän ikäisiä alkioita. Vastaanottajilta poistettiin osa aivojen takaraivolohkosta, ja onteloon siirrettiin mekaanisesti suspendoitua kudosta oletetusta alkion aivokuoresta, joka sisälsi kammio- ja subventrikulaaristen alueiden multipotentteja kantasoluja. Kokeiden toisessa versiossa 9 viikon ikäisen ihmisalkion hermostollisia kantasoluja siirrettiin sukupuolikypsien rottien aivoihin. Kirjoittajat eristivät kudospaloja alkion aivojen periventrikulaarisesta alueesta, sijoittivat ne F-12-ravinneliuokseen ja saivat solususpension toistuvalla pipetoinnilla, minkä jälkeen niitä viljeltiin erityisessä NPBM-liuoksessa, johon oli lisätty kasvutekijöitä - FGF, EGF ja NGF. Soluja kasvatettiin suspensioviljelmässä, kunnes muodostui neurosfäärejä, jotka dispergoitiin ja istutettiin uudelleen viljelmään. Neljän jakson jälkeen, joiden kokonaisviljelyaika oli 12-16 päivää, solut käytettiin siirtoon. Vastaanottajaryhmä oli kymmenen päivän ikäisiä rotanpoikasia ja kahden kuukauden ikäisiä sukukypsiä Wistar-rottia, joille injektoitiin 4 μl ihmisen hermostollisten kantasolujen suspensiota aivojen sivukammioon ilman immunosuppressiota. Työn tulokset osoittivat, että rotan aivokuoren alkion anlagen kammio- ja subventrikulaarisen vyöhykkeen dissosioituneet solut jatkoivat kehitystään allotransplantaation aikana kypsään aivoon, eli erilaistuneiden vastaanottaja-aivojen mikroympäristön tekijät eivät estäneet alkion hermostollisten kantasolujen kasvua ja erilaistumista. Transplantaation jälkeisissä varhaisissa vaiheissa multipotentit solut jatkoivat mitoottista jakautumista ja siirtyivät aktiivisesti siirtoalueelta vastaanottajan aivokudokseen. Siirrettyjä alkion soluja, joilla oli valtava migraatiopotentiaali, löydettiin lähes kaikista vastaanottajan aivokuoren kerroksista siirtoreitin varrella ja valkeassa aineessa. Hermosolujen migraatioradan pituus oli aina merkittävästi lyhyempi (jopa 680 μm) kuin gliasolujen (jopa 3 mm). Aivojen verisuonet ja kuiturakenteet toimivat astrosyyttien migraation rakennevektoreina, mikä on havaittu myös muissa tutkimuksissa.

Aikaisemmin uskottiin, että leimattujen astrosyyttien kertyminen vastaanottajan aivokuoren vaurioalueelle saattaa liittyä gliaesteen muodostumiseen siirteen ja vastaanottajan kudosten välille. Tiiviisti sijaitsevien solusiirteiden rakenteen tutkimus kuitenkin osoitti, että niiden sytoarkkitehtuurille on ominaista kaaos, ilman siirrettyjen solujen kerrostettua jakautumista. Siirrettyjen neuronien järjestyksen aste lähestyi normaalien aivokuoren solujen tasoa vain, jos luovuttajan ja vastaanottajan kudosten välillä ei ollut gliaestettä. Muutoin siirrettyjen solujen rakenne oli epätyypillinen, ja neuronit itsessään olivat alttiita hypertrofialle. Siirrettyjen solujen neuroimmunokemiallisen tyypityksen avulla siirteistä löydettiin inhiboivia GABA-ergisiä neuroneja ja havaittiin PARV-, CALB- ja NPY-proteiinien ilmentymistä. Näin ollen kypsässä aivossa on edelleen mikroympäristön tekijöitä, jotka kykenevät tukemaan hermostollisten multipotenttien solujen lisääntymistä, migraatiota ja spesifistä erilaistumista.

M. Aleksandrova ym. (2001) löysivät 9 viikon ikäisten alkioiden aivojen periventrikulaarisesta alueesta eristettyjen ihmisen kantasolujen viljelmässä suuren määrän nestin-positiivisia multipotentteja soluja neljännessä siirrostuksessa, joista osa oli jo erilaistunut in vitro ja kehittyi neuronaalisen tyypin mukaisesti, mikä vastasi muiden kirjoittajien tutkimusten tuloksia. Aikuisten rottien aivoihin siirron jälkeen viljellyt ihmisen kantasolut jakautuivat mitoottisesti ja vaelsivat ksenogeenisen vastaanottajan aivojen kudokseen. Solujen siirteissä kirjoittajat havaitsivat kaksi solupopulaatiota - pientä ja suurempaa. Jälkimmäiset vaelsivat sekä parenkyymissä että vastaanottajan aivojen kuiturakenteita pitkin merkityksettömiä matkoja - 300 μm:n sisällä. Vaellusreitin laajin laajuus (jopa 3 mm) oli ominaista pienille soluille, joista osa erilaistui astrosyyteiksi, mikä määritettiin käyttämällä GFAP:n monoklonaalisia vasta-aineita. Molempia solutyyppejä löydettiin sivukammion seinämästä, mikä osoittaa, että siirretyt solut menivät rostraaliselle vaellusreitille. Sekä ihmisten että rottien hermostollisten kantasolujen astrosyyttiset johdannaiset kulkeutuivat pääasiassa vastaanottavan aivojen verisuonten ja kuiturakenteiden läpi, mikä on yhdenmukainen muiden kirjoittajien tietojen kanssa.

Ihmisen kantasolujen erilaistumisen analyysi in vivo käyttäen GFAP:n, CALB:n ja VIM:n monoklonaalisia vasta-aineita paljasti sekä astrosyyttien että hermosolujen muodostumisen. Toisin kuin rotan siirrännäisten solut, monet ihmisen kantasolut olivat vimentiinipositiivisia. Näin ollen jotkut ihmisen multipotenteista soluista eivät erilaistuneet. Samat kirjoittajat osoittivat myöhemmin, että ilman immunosuppressiota siirretyt ihmisen hermostolliset kantasolut selviävät rotan aivoissa 20 päivää siirron jälkeen ilman merkkejä immuuniaggressiosta kypsien aivojen gliasolujen taholta.

On osoitettu, että jopa Drosophila-kärpästen hermostolliset kantasolut kiinnittyvät ja erilaistuvat niinkin hyönteisistä etäällä olevan taksonin kuin rotan aivoissa. Kirjoittajien kokeen oikeellisuus on kiistaton: transgeeniset Drosophila-linjat sisälsivät ihmisen neurotrofisten tekijöiden NGF, GDNF ja BDNF geenejä, jotka oli insertoitu CaSper-vektoriin Drosophila-lämpöshokkipromoottorin alle, niin että nisäkkäiden ruumiinlämpö herätti automaattisesti niiden ilmentymisen. Kirjoittajat tunnistivat Drosophila-solut bakteerin galaktosidaasigeenin tuotteen perusteella käyttämällä histokemiallista X-Gal-värjäystä. Lisäksi kävi ilmi, että Drosophila-kärpästen hermostolliset kantasolut reagoivat spesifisesti ihmisen geenien koodaamiin neurotrofisiin tekijöihin: kun gdnf-geenin sisältävän transgeenisen Drosophila-linjan soluja ksenotransplantoitiin, tyrosiinihydroksylaasin synteesi sen erilaistuvissa hermostollisissa kantasoluissa lisääntyi jyrkästi, ja ngf-geeniä sisältävät solut tuottivat aktiivisesti asetyylikoliesteraasia. Ksenotransplantaatio aiheutti samanlaisia geeniriippuvaisia reaktioita sen mukana siirretyn alkion hermokudoksen allotransplantaatiossa.

Tarkoittaako tämä, että lajikohtaisesti epäspesifiset neurotrofiset tekijät indusoivat hermostollisten kantasolujen spesifistä erilaistumista? Kirjoittajien tulosten mukaan neurotrofisia tekijöitä tuottavilla ksenografteilla oli spesifinen vaikutus allografttien kohtaloon, jotka tässä tapauksessa kehittyivät intensiivisemmin ja olivat kooltaan 2–3 kertaa suurempia kuin aivoihin ilman ksenograftien lisäämistä tuodut allograftit. Näin ollen neurotrofiinigeenejä, erityisesti ihmisen gliasoluista peräisin olevaa neurotrofista tekijää (GDNF) koodaavaa geeniä, sisältävillä ksenograftisoluilla on lajikohtaisesti epäspesifinen vaikutus allograftin kehitykseen, joka on samanlainen kuin vastaavan neurotrofiinin toiminta. GDNF:n tiedetään lisäävän dopaminergisten neuronien eloonjäämistä rotan alkion keskiaivoissa ja tehostavan näiden solujen dopamiinimetaboliaa sekä indusoivan tyrosiinihydroksylaasipositiivisten solujen erilaistumista, mikä tehostaa aksonien kasvua ja lisää hermosolurungon kokoa. Samanlaisia vaikutuksia havaitaan myös viljellyissä rotan keskiaivojen dopaminergisissä neuroneissa.

Ihmisen hermostollisten kantasolujen aktiivista migraatiota havaitaan ksenotransplantaation jälkeen aikuisten rottien aivoihin. On tunnettua, että hermostollisten kantasolujen migraatio- ja erilaistumisprosessia säätelee joukko erityisiä geenejä. Erilaistumisen aloittava migraatiosignaali esiastesolulle annetaan c-ret-proto-onkogeenin proteiinituotteesta yhdessä GDNF:n kanssa. Seuraava signaali tulee mash-1-geenistä, joka kontrolloi solun kehityspolun valintaa. Lisäksi erilaistuvien solujen spesifinen reaktio riippuu myös sädekehän neurotrofisen tekijän α-reseptorista. Ottaen huomioon ksenogeenisten ihmisen hermostollisten kantasolujen ja vastaanottajarotan aivosolujen täysin erilaisen geneettisen rakenteen, on välttämätöntä tunnistaa paitsi neurotrofisten tekijöiden lajispesifisyyden lisäksi myös hermostollisten kantasolujen spesifisestä erilaistumisesta vastaavien geenien korkein evolutiivinen konservatiivisuus.

Tulevaisuus näyttää, onko alkion neuromateriaalin ksenotransplantaatio mahdollista neurokirurgisessa käytännössä hoidettaessa oligodendrosyyttien myeliinisynteesin häiriintymisen aiheuttamia neurodegeneratiivisia patologisia prosesseja. Sillä välin neurotransplantaation intensiivisimmin käsitellyt kysymykset liittyvät allogeenisten hermostollisten kantasolujen hankkimiseen alkion tai kypsän aivojen viljelystä ja niiden myöhempään suunnattuun erilaistumiseen neuroblasteiksi tai erikoistuneiksi neuroneiksi.

Hermosolukantasolujen siirto

Aikuisen organismin hermostollisten kantasolujen lisääntymisen ja erilaistumisen stimuloimiseksi voidaan siirtää alkion hermokudosta. On mahdollista, että allosiirteen mukana tuodut alkion hermokudoksen kantasolut voivat itse lisääntyä ja erilaistua. Tiedetään, että selkäydinvamman jälkeen hermojohtimien uudistuminen tapahtuu vaurioituneiden aksonien pidentymisen ja vahingoittumattomien motoristen hermosolujen aksonien sivusuunnassa versomisen kautta. Tärkeimmät selkäytimen uudistumista estävät tekijät ovat sidekudosarven muodostuminen vaurioalueelle, keskushermoston hermosolujen dystrofiset ja degeneratiiviset muutokset, NGF:n puutos ja myeliinin hajoamistuotteiden esiintyminen vaurioalueella. On osoitettu, että eri solutyyppien - aikuisten eläinten iskiashermon fragmenttien, alkion takaraivon kuoren, hippokampuksen, selkäytimen, Schwannin solujen, astrosyyttien, mikroglian, makrofagien, fibroblastien - siirto vaurioituneeseen selkäytimeen edistää vaurioituneiden aksonien uudistumista versomalla ja mahdollistaa uusien aksonien kasvun selkäydinvamma-alueen läpi. Kokeellisesti on todistettu, että alkion hermokudoksen siirtäminen selkäydinvamma-alueelle neurotrofisten tekijöiden vaikutuksesta kiihdyttää vaurioituneiden aksonien kasvua, estää glia-arven muodostumisen ja dystrofisten ja degeneratiivisten prosessien kehittymisen keskushermosoneissa, kun taas siirretyn alkion hermokudoksen solut selviävät selkäytimessä, integroituvat viereisiin kudoksiin ja edistävät aksonien kasvua vaurioalueen läpi muodostaen dendriittisiä synapseja selkäydinhermosoneihin.

Tämä regeneratiivisen plastisen lääketieteen alue on kehittynyt Ukrainassa eniten V. I. Tsymbaljukin johtaman tieteellisen ryhmän työn ansiosta. Ensinnäkin nämä ovat kokeellisia tutkimuksia alkion hermokudossiirron tehokkuudesta selkäydinvammoissa. Perifeerisen hermon autotransplantaation aikana kirjoittajat havaitsivat selvimmät tuhoavat muutokset distaalisessa saumavyöhykkeessä, jossa ne 30. päivänä leikkauksen jälkeen yhdistyivät korjaaviin prosesseihin. Allotransplantaation aikana istutetun hermon morfofunktionaaliselle tilalle 30. päivänä oli ominaista voimakas tuhoutuminen rasvaisen rappeutumisen ja amyloidoosin kanssa fokaalisen tulehduksellisen lymfoidisoluinfiltraation taustalla, johon liittyi vallitseva Schwannin solujen atrofia. Alkion hermokudoksen siirto edisti selkäytimen johtavuuden palautumista suuremmassa määrin, erityisesti eläimillä, joille tehtiin leikkaus ensimmäisten 24 tunnin aikana vamman jälkeen: tulehdus- ja tuhoavien prosessien voimakkuuden vähenemisen taustalla havaittiin selkäydinhermosolujen proteiinisyntetisoivien ja energiaa tuottavien ultrastruktuuristen elementtien hypertrofiaa ja hyperplasiaa, oligodendrosyyttien hypertrofiaa ja hyperplasiaa, lihasaktiopotentiaalin amplitudi palautui 50 % ja impulssin johtumisnopeus 90 %. Arvioitaessa alkion hermokudoksen siirron tehokkuutta siirtoalueesta riippuen havaittiin, että parhaat tulokset havaittiin, kun siirre vietiin suoraan selkäydinvamma-alueelle. Selkäytimen täydellisen poikkileikkauksen jälkeen alkion hermokudoksen siirto oli tehotonta. Dynaamiset tutkimukset ovat osoittaneet, että optimaalinen aika alkion hermokudoksen siirron suorittamiselle on ensimmäiset 24 tuntia selkäydinvamman jälkeen, kun taas leikkauksen suorittaminen voimakkaiden sekundaaristen iskeemisten-tulehduksellisten muutosten aikana, joita esiintyy 2.–9. päivänä vamman jälkeen, on katsottava sopimattomaksi.

Tiedetään, että vakava traumaattinen aivovamma provosoi voimakkaan ja pitkittyneen lipidiperoksidaation aktivoitumisen traumaperäisen jakson alku- ja välivaiheissa sekä vaurioituneessa aivokudoksessa että koko kehossa, ja se häiritsee myös energia-aineenvaihdunnan prosesseja vaurioituneessa aivossa. Näissä olosuhteissa alkion hermokudoksen siirto traumaattiseen vamma-alueelle edistää lipidiperoksidaatioprosessien vakautumista ja lisää aivojen ja koko kehon antioksidanttijärjestelmän potentiaalia, tehostaa sen radikaalisuojaa traumaperäisen jakson 35–60. päivänä. Samana aikana alkion hermokudoksen siirron jälkeen aivojen energia-aineenvaihdunta ja oksidatiivisen fosforylaation prosessit normalisoituvat. Lisäksi on osoitettu, että kokeellisen traumaattisen aivovamman jälkeisenä päivänä vaurioituneen aivopuoliskon kudoksen impedanssi laskee 30–37 % ja kontralateraalisen 20 %, mikä viittaa yleistyneen aivoödeeman kehittymiseen. Eläimillä, joille tehtiin alkion hermokudoksen siirto, turvotuksen involuutio tapahtui merkittävästi nopeammin - jo seitsemäntenä päivänä vaurioituneen aivopuoliskon kudosten keskimääräinen impedanssiarvo saavutti 97,8 % kontrollitasosta. Lisäksi impedanssiarvojen täydellinen palautuminen 30. päivänä havaittiin vain eläimillä, joille tehtiin alkion hermokudoksen siirto.

Joidenkin aivojen hermosolujen kuolema vakavan kraniorebraalisen vamman jälkeen on yksi traumaattisten komplikaatioiden pääasiallisista syistä. Keskiaivojen ja medulla oblongatan integroituvien dopaminergisten ja noradrenergisten järjestelmien neuronit ovat erityisen herkkiä vammoille. Dopamiinitason lasku striopallidaalikompleksissa ja aivokuoressa lisää merkittävästi motoristen häiriöiden ja mielenterveyshäiriöiden, epileptiformisten tilojen kehittymisen riskiä, ja dopamiinin tuotannon väheneminen hypotalamuksessa voi olla syynä lukuisiin vegetatiivisiin ja somaattisiin häiriöihin, joita havaitaan myöhäisellä traumaperäisellä ajanjaksolla. Kokeellisten kraniorebraalisten vammojen tutkimusten tulokset osoittavat, että alkion hermokudoksen siirto auttaa palauttamaan dopamiinitasot vaurioituneessa aivopuoliskossa, dopamiinin ja noradrenaliinin tasot hypotalamuksessa ja lisäämään noradrenaliinin ja dopamiinin tasoja keskiaivoissa ja medulla oblongatassa. Lisäksi koe-eläinten vaurioituneelle aivopuoliskolle siirretyn alkion hermokudoksen seurauksena fosfolipidien prosenttiosuus normalisoituu ja rasvahappojen pitoisuus kasvaa (C16:0, C17:0, C17:1, C18:0, C18:1 + C18:2, C20:3 + C20:4, C20:5).

Nämä tiedot vahvistavat siirretyn alkion hermokudoksen stimuloivan regeneratiivis-plastisia prosesseja ja osoittavat siirteen reparatiivis-troofisen vaikutuksen vastaanottajan aivoihin kokonaisuutena.

Ukrainan lääketieteellisen akatemian AP Romodanovin neurokirurgian instituutin henkilökunnan kliininen kokemus alkion hermokudoksen siirroista CP-vammassa, erittäin monimutkaisessa sairaudessa, johon liittyy vaikea motorinen toimintahäiriö, ansaitsee erityistä huomiota. CP-vamman kliiniset muodot riippuvat lihastonuksen säätelystä ja motoristen stereotypioiden muodostumisesta vastaavien integraalisten rakenteiden vaurioiden tasosta. Tällä hetkellä on riittävästi näyttöä siitä, että striopallidaalisen-talamokortikaalisen motorisen säätelyjärjestelmän patologisilla muutoksilla on tärkeä rooli motoristen toimintojen ja lihastonuksen häiriöissä. Tämän järjestelmän striopallidaalinen linkki suorittaa säätelytoiminnon nigrostriataalisen dopamiinin tuotannon kautta. Suora reitti talamokortikaalisen säätelyn toteutumiseen alkaa putamenin neuroneista, sitä välittävät gamma-aminovoihappo (GABA) ja substanssi P, ja se heijastuu suoraan globus palliduksen sisemmän segmentin ja mustatumakkeen motoriseen vyöhykkeeseen. Epäsuora reitti, jonka vaikutus toteutuu GABA:n ja enkefaliinin osallistumisella, on peräisin putamenin neuroneista ja vaikuttaa tyvitumakkeiden tumakkeisiin useiden yhteyssarjojen kautta, mukaan lukien globus palliduksen ulkoinen segmentti ja subtalamuksen tumake. Suoran reitin johtavuuden häiriöt aiheuttavat hypokinesiaa, kun taas epäsuoran reitin rakenteiden johtavuuden lasku johtaa hyperkinesiaan ja vastaaviin muutoksiin lihastonuksessa. GABAergisten johtumisreittien eheys eri tasoilla motorisessa säätelyjärjestelmässä ja dopaminergisten yhteyksien integraatio putamenin tasolla ovat välttämättömiä talamokortikaalisten vuorovaikutusten säätelylle. Yleisin motorisen patologian ilmentymä eri CP-vamman muodoissa on lihastonuksen häiriintyminen ja siihen läheisesti liittyvä refleksilihasten aktiivisuuden muutos.

Alkion hermokudoksen siirto CP-vammassa vaatii perusteellisen analyysin aivorakenteiden vaurioiden luonteesta. Kirjoittajat selvittivät toiminnallisten aivorakenteiden integraation häiriintymisen tason määrittämisen perusteella lukinkalvonalaisessa aivo-selkäydinnesteessä, mikä mahdollisti kirurgisten toimenpiteiden tulosten objektiivistamisen ja toistuvien neurotransplantaatioiden korjaamisen. Alkion hermokudosta (9 viikon ikäisen alkion aborttimateriaalia) siirrettiin aivopuoliskojen prekonsentraalisten konvoluutioiden aivokuoren parenkyymiin atrofisten muutosten vakavuudesta riippuen. Leikkauksen jälkeisenä aikana ei havaittu komplikaatioita tai potilaiden tilan heikkenemistä. Positiivista dynamiikkaa havaittiin 63 %:lla spastista muotoa sairastavista potilaista, 82 %:lla atonis-esteettistä muotoa sairastavista lapsista ja vain 24 %:lla sekamuotoista taudin muotoa sairastavista potilaista. Todettiin, että korkea neurosensitisaatioaste ja neurospesifisten proteiinien vasta-aineiden läsnäolo vaikuttivat negatiivisesti leikkauksen tuloksiin. Alkion hermokudoksen siirron todettiin olevan tehoton 8–10-vuotiailla ja sitä vanhemmilla potilailla sekä vaikeaa hyperkineettistä oireyhtymää ja epilepsiaa sairastavilla. Kliinisesti alkion hermokudoksen siirron tehokkuus spastista CP-vammaa sairastavilla potilailla ilmeni uusien staattisten taitojen ja tahdonalaisten liikkeiden muodostumisena, patologisen motorisen stereotypian korjaantumisena sekä spastisuuden, patologisten ryhtien ja asentojen vähenemisenä. Kirjoittajat uskovat, että alkion hermokudoksen siirron positiivinen vaikutus johtuu normalisoivasta vaikutuksesta ryhdin ja tahdonalaisten liikkeiden säätelyyn osallistuvien supraspinaalisten rakenteiden toiminnalliseen aktiivisuuteen. Samanaikaisesti alkion hermokudoksen siirron positiivisiin kliinisiin vaikutuksiin liittyy välittäjäaineiden pitoisuuden väheneminen lukinkalvonalaisessa aivo-selkäydinnesteessä, mikä osoittaa sairastuneiden aivorakenteiden integraalisten vuorovaikutusten palautumista.

On olemassa toinenkin vakava neurologisen patologian muoto - apallisoireyhtymä, jonka hoito-ongelma on valitettavasti ratkaisematta. Apallisoireyhtymä on polyetiologinen subakuutti tai krooninen sairaus, joka ilmenee keskushermoston (pääasiassa aivokuoren) vakavien orgaanisten vaurioiden seurauksena, ja jolle on ominaista panapraksian ja panagnosian kehittyminen, kun aivojen segmentti-varsiosien ja limbisen retikulaarisen kompleksin muodostelmien toiminta on suhteellisen säilynyt. Seurantatutkimukset (1 vuodesta 3 vuoteen) ovat osoittaneet, että apallisoireyhtymä ei ole lopullinen diagnoosi lasten hermoston pysyvästä vauriosta, vaan se muuttuu joko orgaaniseksi dementiaksi tai krooniseksi vegetatiiviseksi tilaksi. Ukrainan lääketieteellisen akatemian A.P. Romodanovin neurokirurgian instituutin restoratiivisen neurokirurgian osastolla 21 potilaalle, joilla oli apallisoireyhtymän seurauksia, tehtiin alkion hermokudoksen siirto. Yleisanestesiassa kruunuporalla tehtiin porareikä tietokonetomografiassa tai magneettikuvauksessa havaittujen selvimpien atrofisten muutosten alueelle. Jos harmaassa tai valkeassa aineessa oli diffuusia surkastumista, siirre vietiin aivojen prekentraaliseen ja sentraaliseen gyriin. Kovakalvon avaamisen jälkeen 8–9 viikon ikäisten alkioiden sensomotorisesta aivokuoresta peräisin olevia kudospaloja istutettiin aivokuoren sisälle erityisellä laitteella. Istutettujen kudosnäytteiden määrä vaihteli 4–10:n välillä, ja se määräytyi porareiän koon ja aivoaineen paikallisten muutosten koon mukaan. Toisin kuin muissa patologioissa, apallisessa oireyhtymässä kirjoittajat pyrkivät istuttamaan mahdollisimman paljon alkiokudosta aivojen helpoimmin saavutettaville alueille. Kovakalvo ommeltiin kiinni ja kallon vika korjattiin plastiikkakirurgisesti. Leikkauksen aikana kaikilla potilailla havaittiin merkittäviä muutoksia sekä aivokuoressa (atrofia, poimujen puuttuminen, aivomateriaalin värin ja pulssin muutos) että aivokalvoissa (kovakalvon paksuuntuminen, lukinkalvon merkittävä paksuuntuminen omien verisuonten läsnä ollessa, kalvojen fuusio alla olevaan aivomateriaaliin). Nämä muutokset olivat selvempiä potilailla, joilla oli ollut tulehduksellisia aivovaurioita. Potilailla, joilla oli ollut keskushermoston hypoksia, aivomateriaalissa, erityisesti aivokuoressa, esiintyi diffuuseja atrofisia muutoksia, joihin liittyi lukinkalvon alaisen tilan kasvua, ilman merkittäviä muutoksia aivokalvoissa. Puolella potilaista oli lisääntynyttä pehmytkudosten, luiden ja aivomateriaalin verenvuotoa. Leikkausten jälkeen, kuuden kuukauden tai kolmen vuoden kuluessa, tila parani 16 potilaalla ja pysyi muuttumattomana viidellä potilaalla. Sekä motorisessa että henkisessä sfäärissä havaittiin positiivista dynamiikkaa. Lihasjänteys laski kymmenellä potilaalla, 11 potilaalla motorinen aktiivisuus lisääntyi (pareesi väheni,liikkeiden koordinaatio parani), viidellä lapsella yläraajojen manipulointikyky parani merkittävästi. Neljällä potilaalla epileptisten kohtausten esiintymistiheys ja vaikeusaste vähenivät, ja yhdellä lapsella ei ollut lainkaan kohtauksia koko leikkauksen jälkeisen tarkkailujakson aikana. Kahdella lapsella aggressio väheni, kahdella vaikeaa bulbaarihäiriötä sairastavalla potilaalla nielemiskyky parani, kaksi lasta pystyi pureskelemaan itsenäisesti jo kaksi viikkoa leikkauksen jälkeen. Mielenterveyshäiriöiden vaikeusaste väheni, yhdeksän lasta rauhoittui leikkauksen jälkeen, seitsemällä potilaalla uni ja tarkkaavaisuus paranivat. Kolme apallisen oireyhtymän seurauksista kärsivää potilasta alkoi tunnistaa vanhempansa, yksi - noudattaa ohjeita, kaksi - lausua sanoja, kolmella dysartrian aste väheni. Kirjoittajat huomauttavat, että potilaiden tilan huomattava paraneminen alkaa kaksi kuukautta leikkauksen jälkeen, saavuttaa maksiminsa 5-6 kuukaudessa, sitten paranemisvauhti hidastuu ja vuoden loppuun mennessä prosessi vakiintuu 50 %:lla potilaista. Neurotransplantaation positiivinen vaikutus toimi perustana toistetulle leikkaukselle kuudella potilaalla, joilla oli apallisen oireyhtymän seurauksia, mutta aivojen toisella puoliskolla. Toisen siirron tekniikka ja menetelmät olivat identtiset ensimmäisen leikkauksen kanssa, mutta toisen leikkauksen kliininen vaikutus oli heikompi, vaikka vakavia komplikaatioita ei ilmennyt ensimmäisen eikä toisen kirurgisen toimenpiteen jälkeen. Kirjoittajien mukaan neurotransplantaation terapeuttisen vaikutuksen mekanismi liittyy siirretyn alkion hermokudoksen neurotrofiseen vaikutukseen, joka sisältää suuren määrän kasvua edistäviä, hormonaalisia ja muita biologisesti aktiivisia aineita, jotka stimuloivat vaurioituneiden hermosolujen korjausta ja vastaanottajan aivokudoksen plastista uudelleenjärjestelyä. Myös aiemmin morfologisesti säilyneiden, mutta sairauden vuoksi toiminnallisen aktiivisuutensa menettäneiden hermosolujen aktiivisuuteen kohdistuva aktivoiva vaikutus on mahdollinen. Juuri nopea neurotrofinen vaikutus voi selittää bulbaarisen toiminnan paranemisen joillakin lapsilla jo ensimmäisen tai toisen viikon lopussa leikkauksen jälkeen. Oletetaan, että tämän lisäksi kolmanteen tai neljänteen kuukauteen mennessä siirteen ja isäntäaivojen välille muodostuu morfofunktionaalisia yhteyksiä, joiden kautta neurotransplantaatti korvaa kuolleiden aivosolujen toiminnot, mikä on pohja potilaiden sekä motoristen että henkisten toimintojen parantamiselle. Kaksi lasta pystyi pureskelemaan itsenäisesti jo kaksi viikkoa leikkauksen jälkeen. Mielenterveyshäiriöiden vakavuuden havaittiin vähenevän, yhdeksän lasta rauhoittui leikkauksen jälkeen, seitsemällä potilaalla uni ja tarkkaavaisuus paranivat. Kolme apallisen oireyhtymän seurauksista kärsivää potilasta alkoi tunnistaa vanhempansa, yksi - noudattamaan ohjeita, kaksi - lausumaan sanoja,Kolmella potilaalla dysartrian aste väheni. Kirjoittajat huomauttavat, että potilaiden tilan huomattava paraneminen alkaa 2 kuukautta leikkauksen jälkeen, saavuttaa maksiminsa 5–6 kuukauden kuluessa, minkä jälkeen paranemisvauhti hidastuu ja vuoden loppuun mennessä prosessi vakiintuu 50 %:lla potilaista. Neurotransplantaation positiivinen vaikutus toimi perustana toistetulle leikkaukselle kuudella potilaalla, joilla oli apallisen oireyhtymän seurauksia, mutta aivojen toisella puoliskolla. Toisen siirron tekniikka ja menetelmä olivat identtiset ensimmäisen leikkauksen kanssa, mutta toisen leikkauksen kliininen vaikutus oli heikompi, vaikka ensimmäisen tai toisen leikkauksen jälkeen ei ollut vakavia komplikaatioita. Kirjoittajien mukaan neurotransplantaation terapeuttisen vaikutuksen mekanismi liittyy siirretyn alkion hermokudoksen neurotrofiseen vaikutukseen, joka sisältää suuren määrän kasvu-, hormonaalisia ja muita biologisesti aktiivisia aineita, jotka stimuloivat vaurioituneiden hermosolujen korjaamista ja vastaanottajan aivokudoksen plastista uudelleenjärjestelyä. Myös aiemmin morfologisesti säilyneiden, mutta sairauden vuoksi toiminnallisen aktiivisuutensa menettäneiden hermosolujen aktiivisuuteen aktivoiva vaikutus on mahdollinen. Juuri nopea neurotrofinen vaikutus voi selittää bulbaaristen toimintojen paranemisen joillakin lapsilla jo ensimmäisen tai toisen leikkauksen jälkeisen viikon lopussa. Oletetaan, että tämän ohella kolmanteen tai neljänteen kuukauteen mennessä siirteen ja isäntäaivojen välille muodostuu morfofunktionaalisia yhteyksiä, joiden kautta neurotransplantaatti korvaa kuolleiden aivosolujen toiminnot, mikä on pohja potilaiden sekä motoristen että henkisten toimintojen parantamiselle. Kaksi lasta pystyi pureskelemaan itsenäisesti jo kaksi viikkoa leikkauksen jälkeen. Mielenterveyshäiriöiden vakavuuden havaittiin vähenevän, yhdeksän lasta rauhoittui leikkauksen jälkeen, seitsemällä potilaalla uni ja tarkkaavaisuus paranivat. Kolme apallisoireyhtymän seurauksista kärsivää potilasta alkoi tunnistaa vanhempansa, yksi - noudattamaan ohjeita, kaksi - lausumaan sanoja, kolmella dysartrian aste laski. Kirjoittajat huomauttavat, että potilaiden tilan huomattava paraneminen alkaa kaksi kuukautta leikkauksen jälkeen, saavuttaa maksiminsa 5-6 kuukaudessa, sitten paranemisvauhti hidastuu ja vuoden loppuun mennessä prosessi vakiintuu 50 %:lla potilaista. Neurotransplantaation positiivinen vaikutus toimi perustana toistetulle leikkaukselle kuudelle potilaalle, joilla oli apallisen oireyhtymän seurauksia, mutta aivojen toisella puoliskolla. Toisen siirron tekniikka ja menetelmä olivat identtiset ensimmäisen leikkauksen kanssa, mutta toisen leikkauksen kliininen vaikutus oli heikompi, vaikka ensimmäisen tai toisen kirurgisen toimenpiteen jälkeen ei ollut vakavia komplikaatioita. Kirjoittajien mukaan,Neurotransplantaation terapeuttisen vaikutuksen mekanismi liittyy siirretyn alkion hermokudoksen neurotrofiseen vaikutukseen, joka sisältää suuren määrän kasvua edistäviä, hormonaalisia ja muita biologisesti aktiivisia aineita, jotka stimuloivat vaurioituneiden hermosolujen korjaantumista ja vastaanottajan aivokudoksen plastista uudelleenjärjestelyä. Myös aiemmin morfologisesti säilyneiden, mutta sairauden vuoksi toiminnallisen aktiivisuutensa menettäneiden hermosolujen aktiivisuuteen kohdistuva aktivoiva vaikutus on mahdollinen. Juuri nopea neurotrofinen vaikutus voi selittää bulbaarisen toiminnan paranemisen joillakin lapsilla jo ensimmäisen tai toisen leikkauksen jälkeisen viikon lopussa. Oletetaan, että tämän ohella kolmanteen tai neljänteen kuukauteen mennessä siirteen ja isäntäaivojen välille muodostuu morfofunktionaalisia yhteyksiä, joiden kautta neurotransplantaatio korvaa kuolleiden aivosolujen toiminnot, mikä on pohja potilaiden sekä motoristen että henkisten toimintojen parantamiselle. Vaikka vakavia komplikaatioita ei ilmennyt ensimmäisen tai toisen leikkauksen jälkeen. Kirjoittajien mukaan neurotransplantaation terapeuttisen vaikutuksen mekanismi liittyy siirretyn alkion hermokudoksen neurotrofiseen vaikutukseen, joka sisältää suuren määrän kasvua edistäviä, hormonaalisia ja muita biologisesti aktiivisia aineita, jotka stimuloivat vaurioituneiden hermosolujen korjaantumista ja vastaanottajan aivokudoksen plastista uudelleenjärjestelyä. Myös aiemmin morfologisesti säilyneiden, mutta sairauden vuoksi toiminnallisen aktiivisuutensa menettäneiden hermosolujen aktiivisuuteen kohdistuva aktivoiva vaikutus on mahdollinen. Juuri nopea neurotrofinen vaikutus voi selittää bulbaarisen toiminnan paranemisen joillakin lapsilla jo ensimmäisen tai toisen leikkauksen jälkeisen viikon lopussa. Oletetaan, että tämän myötä kolmanteen tai neljänteen kuukauteen mennessä siirteen ja isäntäaivojen välille muodostuu morfofunktionaalisia yhteyksiä, joiden kautta neurotransplantaatio korvaa kuolleiden aivosolujen toiminnot, mikä on substraatti potilaiden sekä motoristen että henkisten toimintojen parantamiselle, vaikka vakavia komplikaatioita ei ilmennyt ensimmäisen tai toisen leikkauksen jälkeen. Kirjoittajien mukaan neurotransplantaation terapeuttisen vaikutuksen mekanismi liittyy siirretyn alkion hermokudoksen neurotrofiseen vaikutukseen, joka sisältää suuren määrän kasvua edistäviä, hormonaalisia ja muita biologisesti aktiivisia aineita, jotka stimuloivat vaurioituneiden hermosolujen korjausta ja vastaanottajan aivokudoksen plastista uudelleenjärjestelyä. Myös aiemmin morfologisesti säilyneiden, mutta sairauden vuoksi toiminnallisen aktiivisuutensa menettäneiden hermosolujen aktiivisuuteen aktivoiva vaikutus on mahdollinen.Juuri nopea neurotrofinen vaikutus voi selittää bulbaaristen toimintojen paranemisen joillakin lapsilla jo ensimmäisen tai toisen leikkauksen jälkeisen viikon lopussa. Oletetaan, että tämän ohella kolmanteen tai neljänteen kuukauteen mennessä siirteen ja isäntäaivojen välille muodostuu morfofunktionaalisia yhteyksiä, joiden kautta neurotransplantaatio korvaa kuolleiden aivosolujen toiminnot, mikä on substraatti sekä potilaiden motoristen että henkisten toimintojen parantamiselle.

Alkion hermokudoksen siirron vaikutusta hermosolujen välisten yhteyksien uudelleenorganisoitumiseen tutkittiin kokeellisesti. Kirjoittajat tutkivat aivokuoren mekaanisten vaurioiden alueella modulaaristen aksoniyhteyksien palautumismalleja valkoisilla rotilla käyttäen fluoresoivaa lipofiilistä DIL-leimaa (1,1-dioktadekyyli-3,3,33'-tetrametyyli-indokarbosyaniiniperkloraatti) ja konfokaalista laserskannausta. Havaittiin, että alkion hermokudoksen lisääminen vaurioalueelle varmistaa aksonien kasvun, jotka siirteen läpi kulkiessaan yhdistyvät viereiseen aivokudokseen, kun taas ilman alkion hermokudoksen siirtoa vaurioalue on ylitsepääsemätön este aksonien kasvulle. Tässä työssä suoritettiin alkion (15.-17. raskauspäivä) neokorteksin siirto. Kirjoittajien saamat tulokset ovat lisätodisteita alkion hermokudoksen siirron aktiivisesta vaikutuksesta aivokuoren vierekkäisten rakenteellisten ja toiminnallisten moduulien hermosolujen välisten suhteiden traumaperäiseen uudelleenorganisoitumiseen. Alkion hermokudoksen siirto palauttaa osittain aivokuoren vaurioituneiden alueiden väliset yhteydet luomalla suotuisat olosuhteet aksonien kasvulle siirteen neurotrofisten tekijöiden vaikutusalueella. Tällaisen vaikutuksen olemassaolo on todistettu kokeellisesti, ja sitä käsitellään kirjallisuudessa todisteena sukupuolikypsien eläinten vaurioituneiden aivojen korkeasta plastisesta kapasiteetista. Tässä suhteessa solusiirtoa pidetään tällä hetkellä optimaalisena terapeuttisena strategiana vaurioituneen ihmisen keskushermoston toiminnan palauttamiseksi.

Kirjoittajien hankkimat tiedot aivojen alkion hermokudoksen käytön tehokkuudesta eksogeenisena siirtoalustana aksonien kasvulle vahvistavat kohdennetun viestintäyhteyksien luomisen näkymät ehjien vierekkäisten aivoalueiden välille. Työ, jossa tutkitaan hermokudoksen siirron vaikutusta keskushermoston toiminnallisten parametrien dynamiikkaan, vaikuttaa merkitykselliseltä. Työn tehtävänä oli tutkia alkion locus coeruleus (LC) -siirteen vaikutusta LC-neuronien morfofunktionaalisiin indekseihin ja vastaanottajien liikkumisaktiivisuuteen. Vastaanottajat olivat naaraspuolisia Wistar-rottia ja luovuttajat olivat saman linjan 18 päivän ikäisiä rottien alkioita. Alkion LC:n siirto suoritettiin aivojen kolmannen kammion onteloon. Histologisesti siirteen kiinnittyminen havaittiin 75 %:lla vastaanottajaeläimistä. Siirteen kiinnittymisen tapauksissa siirre oli kammion seinämän vieressä, täytti 1/5-2/5 sen luumenista, ja oli elinkelpoinen. 1 ja 6 kuukautta leikkauksen jälkeen siirretty hermokudos edusti morfologisten ominaisuuksiensa mukaan rakenteita, jotka olisivat syntyneet niiden normaalin ontogeneettisen kehityksen aikana, eli LC-rakenteita. Kirjoittajien hankkimat tiedot osoittavat, että eläimillä, joille siirrettiin alkion LC-anlage, dynaaminen aktiivisuus muuttuu ja LC-solujen tumien kromatiinin matriisiaktiivisuus lisääntyy. Tämän seurauksena niiden omien LC-solujen neuronien aktiivisuus tehostuu, mutta myös kiinnittynyt siirre on toiminnallisesti aktiivinen. Tiedetään, että keskiaivojen niin kutsuttu liikkumisalue on käytännössä sama kuin LC:n lokalisaatio. Kirjoittajat uskovat, että vastaanottajarottien motorisen aktiivisuuden muutoksen perustana on sekä omien että siirteen LC-solujen aktivoituminen, jolloin vapautuu suuri määrä noradrenaliinia, myös selkäydinsegmentteihin. Näin ollen oletetaan, että motorisen aktiivisuuden lisääntyminen LC-siirteen olosuhteissa eläinten ehjiin aivoihin johtuu toiminnallisesti aktiivisen siirteen läsnäolosta, joka on integroitunut vastaanottajan aivoihin ja edistää liikkumisaktiivisuuden aktivoitumista rotilla.

Lisäksi osoitettiin, että siirretyt neokorteksin ja selkäytimen alkion rudimenttien neuroepiteliaalisolut selviävät ja erilaistuvat neuroblasteiksi, nuoriksi ja kypsiksi neuroneiksi 1-2 kuukauden kuluessa niiden siirtämisestä kypsien rottien vaurioituneeseen iskiashermoon. Tutkittaessa rottien neokorteksin ja selkäytimen alkion rudimenttien NADPH-positiivisten neuronien kehitysdynamiikkaa heterotooppisissa allografteissa (15 päivän ikäisissä rotan alkioissa) havaittiin 70-80 %:n neurosiirteiden kiinnittyminen vastaanottajarottien iskiashermojen pitkittäisleikkauksissa, mikä riippui havaintojaksosta. Uni- ja bipolaarisia neuroblasteja, joilla oli pyöreät vaaleat tumat ja yksi tai kaksi tumaketta, alkoi muodostua siirteisiin viikon kuluttua leikkauksesta, mihin liittyi klustereiden muodostumista. Kirjoittajat eivät onnistuneet havaitsemaan NADPH-diaforaasia (NADPH-d) sisältäviä soluja neuroblastien joukosta. Seitsemän päivän kuluttua vain verisuonten soluelementit olivat NADPH-positiivisia - siirteen paksuuden kapillaariendoteelisolut sekä vastaanottajan iskiashermon verisuonten endoteeli- ja sileän lihaksen solut. Koska verisuonten sileän lihaksen soluissa NO-syntaasin (NOS) induktio tapahtuu IL-1:n vaikutuksesta, kirjoittajat yhdistävät NADPH-positiivisten sileän lihassolujen esiintymisen iskiashermon verisuonissa vaurioituneissa hermorungoissa syntetisoituneen IL-1:n läsnäoloon. On tunnettua, että neurogeneesi alkion aivojen alkeissolujen siirron olosuhteissa tapahtuu synkronisesti neuronien in situ kehityksen kanssa. Morfologisten tutkimusten tulokset osoittavat, että joidenkin siirteiden hermoelementtien erilaistuminen seitsemän päivää siirron jälkeen vastaa solujen erilaistumista vastasyntyneiden rottien aivojen vastaavissa osissa. Siten heterotooppisen siirron olosuhteissa perifeeriseen hermoon siirretyillä alkion hermosoluilla on kyky syntetisoida NADPH-d:tä. Tässä tapauksessa selkäydinsiirteissä löytyy enemmän NADPH-d:tä sisältäviä neuroneja kuin neokorteksisiirteissä, mutta typpioksidin synteesi alkaa siirretyissä neuroneissa myöhemmin kuin in situ -kehityksen aikana. Selkärankaisten keskushermostossa NOS-positiivisia soluja esiintyy jo syntymäaikana. Uskotaan, että NO edistää synaptisten yhteyksien muodostumista kehittyvissä aivoissa, ja NOS-positiivisten hermoafferenttien kuitujen läsnäolo, jotka tarjoavat NO-synteesiä pikkuaivojen neuroblasteissa, stimuloi hermosolujen migraatiota ja erilaistumista, minkä seurauksena muodostuu normaali aivojen sytoarkkitehtuuri. NO:n tärkeä rooli synapsogeneesissä on osoitettu tektumissa - vain ne neuronit, joilla oli synaptisia yhteyksiä verkkokalvon soluihin, osoittautuivat NOS-positiivisiksi.

Tiedetään, että typpioksidi on yksi aivotoiminnan säätelijöistä, jossa se muodostuu arginiinista NO-syntaasin vaikutuksesta, jolla on diaforaasiaktiivisuutta. Keskushermostossa NO:ta syntetisoidaan verisuonten endoteelisoluissa, mikrogliassa, astrosyyteissä ja aivojen eri osien neuroneissa. Traumaattisen aivovamman jälkeen sekä hypoksian ja iskemian aikana havaitaan NO:ta sisältävien neuronien määrän kasvua, joka on yksi aivoverenkierron säätelijöistä. Ottaen huomioon NO:n kyvyn indusoida synapsogeneesiä, NO:ta sisältävien solujen muodostumisen tutkiminen neurotransplantaation olosuhteissa vastaanottajan hermokudoksen traumaattisen vaurion taustalla on erityisen kiinnostavaa.

Yhtä tärkeää on tutkia neurotransplantaation vaikutusta käyttäytymisen ehdollisen refleksin stereotypiaan. Kokeissa, joissa tutkittiin alkion locus coeruleus -kudoksen intraserebraalisen ja etäisyyden (CII:n ja CIII:n välillä) siirron vaikutusta muistiprosesseihin ja katekoliamiinipitoisuuteen rotilla, joilla frontotemporaalinen neokorteks tuhoutuu, osoitettiin, että aivojen frontotemporaalisen aivokuoren elektrolyyttinen vaurio häiritsee ehdollisen refleksin emotionaalisen välttämisreaktion (muistin) stereotypiaa, heikentää fysiologista aktiivisuutta, vähentää noradrenaliinin pitoisuutta koaguloituneen neokorteksin alueella, mutta lisää sen tasoa hypotalamuksessa, jossa havaitaan adrenaliinin pitoisuuden laskua, vaikka sen määrä veressä ja lisämunuaisissa kasvaa.

Alkion lokus coeruleus -kudoksen aivojen sisäisen siirron seurauksena aivokuoren frontotemporaalisten alueiden elektrolyyttisten vaurioiden häiritsemän ehdollisen refleksin emotionaalisen välttämisreaktion stereotyyppi palautuu 81,4%:lla eläimistä, adrenaliinin pitoisuus keskiaivojen, hypotalamuksen ja neokorteksin retikulaarisessa muodostumassa normalisoituu ja sen taso hippokampuksessa jopa nousee, mikä yhdistyy adrenaliinin pitoisuuden laskuun veressä.

Alkion locus coeruleus -kudoksen etäsiirto ei ainoastaan palauta ehdollisen refleksin ja emotionaalisen välttämisreaktion häiriintynyttä stereotyyppiä rotilla, joilla on elektrolyyttinen vaurio frontotemporaalisessa aivokuoressa, vaan myös lisää noradrenaliinin ja adrenaliinin pitoisuuksia, pääasiassa hypotalamuksessa, veressä, lisämunuaisissa ja sydämessä. Oletetaan, että tämä johtuu siirteen verisuonittumisesta, välittäjäaineiden tunkeutumisesta verenkiertoon, niiden kulkeutumisesta veri-aivoesteen läpi ja adrenaliinin ja noradrenaliinin takaisinottomekanismien aktivoitumisesta takaisinottotyyppien 1, 2 ja 3 mukaan. Kirjoittajat uskovat, että noradrenaliinin tason pitkäaikainen vakiintuminen siirteen kiinnittymisen ja toiminnan olosuhteissa voidaan pitää ilmiönä, jossa sitä vapautuu asteittain pieninä annoksina locus coeruleus -neuroneista.

Alkion hermokudossiirron positiiviset kliiniset vaikutukset voivat johtua myös jälkimmäisen kyvystä vaikuttaa verisuonten kasvaimen prosesseihin, joiden säätelyyn kasvutekijät ja sytokiinit osallistuvat suoraan. Vaskulogeneesiä aktivoivat angiogeeniset kasvutekijät - verisuonten endoteelikasvutekijä (VEGF), FGF, PDGF ja TGF, joita syntetisoidaan iskemian aikana ja jotka toimivat angiogeneesin käynnistysmomenttina. On osoitettu, että verisuonten kasvupotentiaalin ehtyminen tapahtuu kehon ikääntymisprosessin aikana, jolla on merkittävä rooli sellaisten sairauksien kuin sepelvaltimotaudin ja alaraajojen obliteroivan ateroskleroosin patogeneesissä. Kudosiskemiaa kehittyy myös monissa muissa sairauksissa. Angiogeenisten tekijöiden lisääminen iskeemisiin vyöhykkeisiin (terapeuttinen angiogeneesi) stimuloi verisuonten kasvua iskeemisissä kudoksissa ja parantaa mikrokiertoa sivukierron kehittymisen ansiosta, mikä puolestaan lisää sairastuneen elimen toiminnallista aktiivisuutta.

VEGF:ää ja FGF:ää pidetään lupaavimpina kliiniseen käyttöön. Ensimmäisten satunnaistettujen tutkimusten tulokset olivat rohkaisevia, varsinkin jos angiogeenisten tekijöiden optimaaliset annokset ja antotavat valittiin oikein. Tässä suhteessa suoritettiin kokeellinen arviointi ihmisen alkion aivokudoksesta eristetyn uutteen angiogeenisestä aktiivisuudesta. Työssä käytettiin keskeytettyä materiaalia, joka oli saatu raskauden kahdennellakymmenennellä raskausviikolla ja käsitelty I. Maciog et al. (1979) -menetelmän mukaisesti, sellaisena kuin sitä on modifioitu IC ANRF:llä. Tämä lääke on "Endothelial cell growth supplement" ("Sigma") -analogi ja luonnollinen seos ihmisen angiogeenisistä tekijöistä, jotka sisältävät VEGF:n ja FGF:n. Kokeet tehtiin rotilla, joilla oli takaraajojen ja sydänlihaskudoksen iskemian mallit. Alkion hermokudoksen uutetta saaneiden koe-eläinten alkalisen fosfataasin aktiivisuuden tutkimuksen perusteella havaittiin sydänlihaksen kapillaarien määrän kasvua pinta-alayksikköä kohti - sekä sydämen pitkittäis- että poikittaisleikkauksissa. Valmisteen angiogeeninen aktiivisuus ilmeni sekä suoralla annolla iskeemiseen vyöhykkeeseen että systeemisen (lihaksensisäisen) annon tapauksessa, mikä johti infarktin jälkeisen arven keskimääräisen pinta-alan pienenemiseen.

Kaikissa alkion hermokudoksen siirron muunnelmissa on erittäin tärkeää valita siirrettävän alkion materiaalin titteli-ikä oikein. Vertaileva analyysi 8-, 14- ja 16-17 päivän ikäisten rotan alkioiden alkion vatsanpuoleisesta keskiaivosta otettujen soluvalmisteiden tehokkuudesta kolme kuukautta intrastriataalisen neurotransplantaation jälkeen kypsille parkinsonismia sairastaville rotille apomorfiinin aiheuttaman motorisen asymmetrian automatisoidussa testissä paljasti, että 8 päivän ikäisistä alkioista saadut keskushermostosoluvalmisteet olivat merkittävästi tehokkaampia ja 16-17 päivän ikäisistä alkion hermokudoksista saadut soluvalmisteet olivat heikoimpia. Saadut tiedot korreloivat histomorfologisen analyysin tulosten kanssa, erityisesti siirteiden koon, gliareaktion vakavuuden ja niissä olevien dopaminergisten neuronien lukumäärän kanssa.

Alkion hermokudossolujen terapeuttisen vaikutuksen erot voivat liittyä sekä solujen itsensä kypsymättömyyteen ja sitoutumiseen että niiden erilaisiin vasteisiin dopaminergisten hermosolujen indusoitujen vaurioiden alueella vapautuviin kasvutekijöihin. Erityisesti EGF:n ja FGF2:n vaikutus telenkefaalisten hermostollisten kantasolujen kehitykseen in vivo ilmenee alkionkehityksen eri vaiheissa. 8,5 päivän ikäisten hiirialkioiden neuroepiteliaalisolut lisääntyvät in vitro seerumittomassa elatusaineessa viljeltyinä FGF2:n, mutta eivät EGF:n läsnä ollessa, johon vain myöhemmissä kehitysvaiheissa olevien alkioiden aivoista eristetyt kantasolupopulaatiot reagoivat. Samaan aikaan hermostolliset kantasolut lisääntyvät vasteena jokaiselle näistä mitogeeneistä ja edistävät kasvua additiivisesti, kun EGF:ää ja FGF2:ta lisätään viljelmään, jolla on alhainen solujen siemennystiheys. 14,5 päivän ikäisten hiirialkioiden germinaalisilta alueilta peräisin olevia EGF-reaktiivisia hermostollisia kantasoluja pidetään FGF-reaktiivisten hermostollisten kantasolujen lineaarisina jälkeläisinä, jotka ilmestyvät ensimmäisen kerran 8,5 päivän tiineyden jälkeen. Hermosolukanta- ja progenitorisolujen mahdollinen fenotyyppi riippuu niiden mikroympäristön monimutkaisesta vaikutuksesta. 8–12 ja 17–20 viikon ikäisten ihmisalkioiden periventrikulaaristen ja hippokampusalueiden hermosolujen immunofenotyypitys virtaussytofluorometrialla paljasti merkittävää vaihtelua, joka liittyy sekä raskausikään että luovuttajan biomateriaalin yksilöllisiin rakenteellisiin ominaisuuksiin. Kun näitä hermostollisia progenitorisoluja viljellään selektiivisessä seerumittomassa elatusaineessa, jossa on EGF:ää, FGF2:ta ja NGF:ää, neurosfäärejä muodostuu nopeudella, joka riippuu merkittävästi raskausiästä. 5–13 viikon ikäisten ihmisalkioiden eri aivojen osista peräisin olevat solut, kun niitä viljellään lyhytaikaisesti FGF2:n kanssa yksikerroksisessa viljelmässä laminiinialustalla kasvutekijöiden pienten määrien läsnä ollessa, ylläpitävät lisääntymistä 6 viikon ajan ja niissä on paljon nestiinipositiivisia soluja, kun taustalla on spontaanisti muodostuneita soluja, joilla on markkereita kaikista kolmesta hermostollisen erilaistumisen linjasta. Yli 13 viikon raskausajan ihmisalkion keskiaivoista eristetyt solut lisääntyvät EGF:n vaikutuksesta ja muodostavat myös neurosfäärejä. Synergistinen vaikutus saavutettiin käyttämällä EGF:n ja FGF2:n yhdistelmää. Hermosolukantasolujen voimakkain lisääntyminen ja neurosfäärien muodostuminen havaitaan viljeltäessä 6–8 viikon ikäisten ihmisalkioiden aivokuorikudosta EGF2:n, IGF1:n ja 5 % hevosen seerumin läsnä ollessa fibronektiinia sisältävällä alustalla.

On huomattava, että kysymykset raskausiästä ja alkion keskushermoston osasta, jonka kudosta on edullista käyttää neurotransplantaatioon, ovat edelleen avoimia. Vastauksia näihin kysymyksiin tulisi etsiä kehittyvien aivojen neurogeneesistä, joka jatkuu koko synnytystä edeltävän ajan – aikana, jolloin hermostoputken epiteeli muodostaa monikerroksisen rakenteen. Uskotaan, että kantasolujen ja uusien hermosolujen lähde on säteittäinen gliasolu, joka koostuu pitkänomaisista soluista, joiden pitkät haarakkeet ovat säteittäisesti suunnattuina aivorakkuloiden seinämään nähden ja koskettavat kammioiden sisäpintaa ja aivoseinän ulkopintaa. Aiemmin säteittäisellä gliasolulla oli vain hermosoluradan tehtävä, jota pitkin neuroblastit siirtyvät vatsa-alueelta pinnallisiin osiin, ja sille annettiin myös luuston rooli aivokuoren oikean laminaarisen organisaation muodostumisprosessissa. Nykyään on todettu, että kehityksen edetessä säteittäinen gliasolu transdifferentioituu astrosyyteiksi. Merkittävä osa siitä nisäkkäillä vähenee heti syntymän jälkeen, mutta niillä eläinlajeilla, joilla säteittäinen glia säilyy aikuisuuteen asti, neurogeneesi tapahtuu aktiivisesti postnataalisella ajanjaksolla.

Viljelmässä jyrsijöiden alkion neokorteksista peräisin olevat säteittäiset gliasolut muodostivat neuroneja ja gliasoluja, ja neuronien muodostuminen tapahtui pääasiassa alkionkehityksen 14–16 päivän raskausiässä (neurogeneesin maksimi-intensiteetin ajanjakso hiiren ja rotan aivokuoressa). Alkionkehityksen 18. päivänä erilaistuminen siirtyi astrosyyttien muodostumiseen, ja uusien neuronien määrä väheni merkittävästi. Säteittäisten gliasolujen in situ -leimaaminen GFP:llä mahdollisti leimattujen solujen epäsymmetrisen jakautumisen havaitsemisen 15–16 päivän ikäisten rotta-alkioiden aivorakkuloiden ontelossa, ja samalla havaittiin tytärsoluja, joilla oli neuroblastien immunologisia ja elektrofysiologisia ominaisuuksia. On huomionarvoista, että dynaamisten havaintojen tulosten mukaan kehittyvät neuroblastit käyttävät säteittäisten gliasolujen emosoluja siirtyäkseen aivokalvon pinnalle.

Radiaalisen gliasolun endogeeninen markkeri on välifilamenttiproteiini nestiini. Fluoresoivan virtauslajittelun menetelmällä, jossa solut oli merkitty GFP:hen liittyvällä retroviruksella ja ilmennettiin nestinin säätelemänä, osoitettiin, että ihmisen hippokampuksen dentate gyrus- ja hilus-kantasolut (materiaali saatiin epilepsialeikkausten aikana) ilmentävät nestiiniä. Siksi ne kuuluvat radiaaliseen gliasoluun, joka ihmisillä, kuten muillakin nisäkkäillä, säilyy vain dentate gyrus -lohkossa.

Samaan aikaan solusiirron tehokkuutta määrää paitsi luovuttajasolujen korkea elinkyky, niiden erilaistumispotentiaali ja kyky korvata viallisia soluja, myös ennen kaikkea niiden suunnattu migraatio. Siirrettyjen solujen täysi toiminnallinen integraatio riippuu niiden migraatiokyvystä – häiritsemättä vastaanottajan aivojen sytoarkkitehtuuria. Koska säteittäinen gliasolu vähenee lähes kokonaan postnataalisella ajanjaksolla, oli tarpeen selvittää, miten luovuttajasolut voivat siirtyä siirtoalueelta aivovauriokohtaan aikuisilla vastaanottajilla. Solujen migraatiossa keskushermostoon on kaksi varianttia, jotka eivät ole riippuvaisia säteittäisestä gliasolusta: tangentiaalisen migraation ilmiö eli neuroblastien liikkuminen aivokuoren kehityksen aikana kohtisuorassa säteittäiseen gliaverkkoon nähden, sekä migraatio "rivissä" tai "ketjua pitkin". Erityisesti hermostollisten progenitorisolujen migraatio aivojen rostralisesta subventrikulaarisesta vyöhykkeestä hajukäämeen tapahtuu tiiviisti vierekkäisten solujen sarjana, joita ympäröivät gliasolut. Uskotaan, että nämä solut käyttävät kumppanisoluja migraatiosubstraattina, ja tällaisten solujen välisten vuorovaikutusten pääasiallinen säätelijä on PSA-NCAM (polysialyloitu hermosolujen adheesiomolekyyli). Siksi hermosolujen migraatio ei välttämättä vaadi säteittäisten gliasolujen tai ennestään olemassa olevien aksoniyhteyksien osallistumista. Solujen ekstraradiaalinen liikkuminen "jonossa" rostraalisella migraatioradalla säilyy läpi elämän, mikä viittaa siihen, että siirrettyjä hermostollisia progenitorisoluja voidaan toimittaa kohdennetusti kypsään hermostoon.

On olemassa hypoteesi kantasolulinjan läsnäolosta aivojen ontogeneesissä, jonka mukaan aivojen kehityksen alkuvaiheessa kantasolu on neuroepiteliaalinen solu, joka kypsyessään transdifferentioituu säteittäisiksi gliasoluiksi. Aikuisuudessa kantasolujen roolia hoitavat solut, joilla on astrosyyttien ominaisuuksia. Huolimatta useista kiistanalaisista kohdista (ristiriitoja hippokampuksen kantasoluista sekä aivojen syvien osien osalta, joilla ei ole kerrostettua aivokuorta ja jotka kehittyvät talamuksen tuberkuloista, joissa säteittäinen gliasolu puuttuu), selkeä ja yksinkertainen käsite kantasolujen fenotyypin johdonmukaisesta muutoksesta koko ontogeneesin ajan näyttää erittäin houkuttelevalta.

Mikroympäristötekijöiden vaikutus hermosolujen erilaistuneiden solujen määrittämiseen ja myöhempään erilaistumiseen on osoitettu selvästi siirtämällä kypsiä rotan selkäytimen kantasoluja kypsän hermoston eri alueille. Kun kantasoluja siirrettiin hammasgyrukseen tai hermosolujen migraatioalueelle hajukäämissä, havaittiin siirrettyjen solujen aktiivista migraatiota, johon liittyi lukuisten hermosolujen muodostumista. Kantasolujen siirto selkäytimeen ja Ammonin sarven alueelle johti astrosyyttien ja oligodendrosyyttien muodostumiseen, kun taas siirto hammasgyrukseen johti paitsi gliasolujen myös hermosolujen muodostumiseen.

Aikuisella rotalla jakautuvien solujen määrä gyrus dentatessa voi olla useita tuhansia päivässä – alle 1 % jyvässolujen kokonaismäärästä. Neuronit muodostavat 50–90 % soluista, astosyytit ja muut gliasoluelementit – noin 15 %. Jäljelle jääneillä soluilla ei ole neuronien ja glian antigeenisiä ominaisuuksia, mutta ne sisältävät endoteelisolujen antigeenejä, mikä viittaa neurogeneesin ja angiogeneesin läheiseen yhteyteen gyrus dentatessa. Endoteelisolujen erilaistumisen mahdollisuuden kannattajat hermosolujen esiasteiksi viittaavat endoteelisolujen kykyyn syntetisoida BDNF:ää in vitro.

Hermosolupiirien itsejärjestäytymisen nopeus on vaikuttava: erilaistumisen aikana jyvässolujen esiasteet siirtyvät Ammonin sarven dentate gyrus -lohkoon ja muodostavat prosesseja, jotka kasvavat kohti Ammonin sarven SAZ-vyöhykettä ja muodostavat synapseja pyramidaalisten glutamaattisten ja interkalaaristen inhiboivien neuronien kanssa. Uudet jyvässolut integroituvat olemassa oleviin hermopiireihin kahden viikon kuluessa, ja ensimmäiset synapsit ilmestyvät jo 4-6 päivää uusien solujen syntymisen jälkeen. BrdU:n tai 3H-tymidiinin (yksi aikuisten kantasolujen tunnistamismenetelmistä) usein antaminen kypsille eläimille johti siihen, että Ammonin sarvesta löydettiin suuri määrä leimattuja neuroneja ja astrosyyttejä, mikä viittaa mahdollisuuteen muodostaa uusia neuroneja paitsi dentate gyrus -lohkossa, myös muissa hippokampuksen osissa. Kiinnostus kypsien aivojen hippokampuksen dentate gyrus -lohkon jakautumis-, erilaistumis- ja solukuolemaprosesseihin johtuu myös siitä, että täällä muodostuneet neuronit sijaitsevat yhdessä hippokampuksen keskeisistä alueista, joka vastaa oppimis- ja muistiprosesseista.

Nykyään on siis todettu, että hermostolliset kantasolut ovat peräisin aikuisten jyrsijöiden sivukammion subependymaalisen vyöhykkeen soluista. Ne kulkeutuvat pitkittäin suuntautuneiden astrogliaalisolujen muodostamaa rostraalista vaellusreittiä pitkin hajukäämiin, missä ne kiinnittyvät jyvässolukerrokseen ja erilaistuvat tämän rakenteen neuroneiksi. Aikuisten apinoiden hajukäämi on havainnut kantasolujen migraatiota rostraalisessa vaellusreitissä, mikä viittaa mahdollisuuteen muodostaa uusia neuroneja kädellisten hajukäämiin. Aikuisen ihmisen hajukäämistä on eristetty hermostollisia kantasoluja ja siirretty solulinjoihin, joiden kloonatut solut erilaistuvat neuroneiksi, astrosyyteiksi ja oligodendrosyyteiksi. Kantasoluja on löydetty rottien, hiirten, apinoiden ja ihmisten kypsien aivojen hippokampuksesta. Hammaskalvon subgranulaarisen vyöhykkeen hermostolliset kantasolut ovat lähde kantasoluille, jotka kulkeutuvat hippokampuksen mediaalisiin ja lateraalisiin raajoihin, missä ne erilaistuvat kypsiksi jyvässoluiksi ja gliasoluiksi. De novo muodostuneiden pykäläkalvon neuronien aksonit jäljittyvät CA3-kenttään, mikä osoittaa uusien neuronien osallistumista hippokampuksen toimintojen toteuttamiseen. Aikuisten apinoiden neokorteksin assosiaatioalueilla löydettiin subventrikulaariselta vyöhykkeeltä migroituneita neuronaalisia progenitorisoluja. Hiiren aivojen neokorteksin VI kerroksessa havaitaan uusia pyramidineuroneja 2–28 viikkoa tämän kerroksen natiivien neuronien indusoidun vaurion ja kuoleman jälkeen, mikä johtuu aiemmin lepotilassa olevien subventrikulaarisen vyöhykkeen progenitorisolujen migraatiosta. Lopuksi, postnataalisen neurogeneesin todellisuus ihmisen aivoissa ilmenee aivokuoren neuronien määrän kaksinkertaisena kasvuna, joka jatkuu ensimmäisten 6 vuoden ajan syntymän jälkeen.

Käytännön solutransplantologian kannalta ei ole vähäistä merkitystä hermostollisten kantasolujen ja progenitorisolujen lisääntymis- ja erilaistumisprosessien säätelyllä. Tärkeimmät hermostollisten progenitorisolujen lisääntymistä estävät tekijät ovat glukokortikoidit, jotka vähentävät jyrkästi jakautumisten määrää, kun taas lisämunuaisten poistaminen päinvastoin lisää merkittävästi mitoosien määrää (Gould, 1996). On huomionarvoista, että jyrsijöiden dentate gyrus -morfogeneesi on voimakkainta postnataalisen kehityksen kahden ensimmäisen viikon aikana stressireaktion puuttuessa lisämunuaisen kuoren steroidihormonien tuotannon ja erityksen jyrkän vähenemisen taustalla. Kortikosteroidit estävät jyvässolujen migraatiota - uudet neuronit eivät uppoudu dentate gyrus -rakeiseen kerrokseen, vaan pysyvät hiluksessa. Oletetaan, että synaptisten yhteyksien muodostumisprosessit häiriintyvät samanaikaisesti. Solujen suojaaminen tällaiselta "steroidiaggressiolta" tapahtuu mineralokortikoidi- ja glukokortikoidireseptorien minimaalisella ilmentymisellä lisääntyvissä jyvässoluissa paitsi dentate gyrus -kehityksen aikana, myös kypsillä eläimillä. Kaikista aivojen neuroneista hippokampuksen neuroneilla on kuitenkin ominaista korkein glukokortikoidireseptorien pitoisuus, mikä aiheuttaa stressivaikutuksen hippokampukseen. Psykoemotionaalinen stressi ja stressaavat tilanteet estävät neurogeneesiä, ja krooninen stressi heikentää jyrkästi eläinten kykyä oppia uusia taitoja ja oppia. Kroonisen stressin voimakkaampi negatiivinen vaikutus neurogeneesiin on varsin ymmärrettävä, jos otamme huomioon hermostollisten kantasolujen pääasiassa lepotilassa olevan tilan. Tiineillä rotilla (jyrsijöillä - erittäin voimakas stressitekijä) havaittiin, että prenataalinen stressi aiheuttaa myös solujen määrän vähenemistä pykäläpoimussa ja estää merkittävästi neurogeneesiä. On tunnettua, että glukokortikoidit osallistuvat masennustilojen patogeneesiin, joiden morfologinen vastine on neurogeneesin estyminen, neuronien ja neuronien välisten yhteyksien patologinen uudelleenjärjestely sekä hermosolujen kuolema. Toisaalta masennuslääkkeet aktivoivat neuronien muodostumista de novo, mikä vahvistaa yhteyden hippokampuksen uusien neuronien muodostumisprosessien ja masennuksen kehittymisen välillä. Estrogeeneillä on merkittävä vaikutus neurogeneesiin, jonka vaikutukset ovat päinvastaiset glukokortikosteroidien vaikutukseen verrattuna ja perustuvat hermosolujen progenitorisolujen lisääntymisen ja elinkelpoisuuden tukemiseen. On huomattava, että estrogeenit lisäävät merkittävästi eläinten oppimiskykyä. Jotkut kirjoittajat yhdistävät jyvässolujen lukumäärän ja niiden liikamäärän sykliset muutokset naarailla estrogeenien vaikutukseen.

Tiedetään, että EGF, FGF ja BDNF säätelevät neurogeneesiä, mutta ulkoisten signaalien vaikutusmekanismeja mitogeeneistä ja kasvutekijöistä kantasoluihin ei ole tutkittu riittävästi. On osoitettu, että PDGF ylläpitää in vitro progenitorisolujen erilaistumisen hermosolujen suuntaa, ja sädekehän neurotrofinen tekijä (CNTF), kuten trijodityroniini, stimuloi pääasiassa gliasolujen - astrosyyttien ja oligodendrosyyttien - muodostumista. Aivolisäkkeen adenylaattisyklaasia aktivoiva proteiini (PACAP) ja vasoaktiivinen suolistopeptidi (VIP) aktivoivat hermosolujen progenitorisolujen lisääntymistä, mutta samalla estävät tytärsolujen erilaistumisprosesseja. Opioidit, erityisesti pitkäaikaisessa altistuksessa, estävät merkittävästi neurogeneesiä. Opioidireseptoreita ei kuitenkaan ole tunnistettu pykäläpoimun kantasoluissa ja hermosolujen progenitorisoluissa (niitä on läsnä alkionkauden erilaistuvissa neuroneissa), mikä ei mahdollista opioidien suorien vaikutusten arviointia.

Käytännön regeneratiivisen plastisen lääketieteen tarpeet ovat pakottaneet tutkijat kiinnittämään erityistä huomiota kantasolujen pluri- ja multipotenssin tutkimukseen. Näiden ominaisuuksien toteuttaminen aikuisen organismin alueellisten kantasolujen tasolla voisi tulevaisuudessa varmistaa tarvittavan siirrännäismateriaalin tuotannon. Edellä osoitettiin, että hermostollisten kantasolujen epigeneettinen stimulaatio mahdollistaa jo hermostollisten fenotyyppien mukaisesti muodostuneiden lisääntyvien solujen saamisen, mikä rajoittaa niiden määrää. Alkion kantasolujen totipotenttien ominaisuuksien hyödyntämisessä lisääntyminen riittävän solumäärän saavuttamiseksi tapahtuu aikaisemmin kuin hermoston erilaistuminen, ja lisääntyneet solut muuntuvat helposti hermostolliseen fenotyyppiin. Hermostollisten kantasolujen saamiseksi alkion kantasolut eristetään blastokystan sisäsolumassasta ja viljellään LIF:n pakollisessa läsnä ollessa, mikä säilyttää niiden totipotenssin ja kyvyn rajattomaan jakautumiseen. Tämän jälkeen alkion kantasolujen hermostollinen erilaistuminen indusoidaan retinoiinihapolla. Tuloksena olevien hermostollisten kantasolujen siirto kinoliinin ja 6-hydroksidopamiinin vaurioittamaan striatumiin liittyy niiden erilaistumiseen dopaminergisiksi ja serotonergisiksi neuroneiksi. Rotan alkion aivojen kammioihin injektoinnin jälkeen alkion kantasoluista (ESC) peräisin olevat hermostolliset progenitorisolut siirtyvät vastaanottajan aivojen eri alueille, mukaan lukien aivokuori, striatum, septum, talamuksen, hypotalamus ja pikkuaivot. Kammionteloon jääneet solut muodostavat hermostoputkea muistuttavia epiteelirakenteita sekä yksittäisiä ei-hermosolukudoksen saarekkeita. Vastaanottaja-alkion aivojen parenkyymissä siirretyt solut tuottavat hermoston kolmea pääsolutyyppiä. Joillakin niistä on pitkänomaisia apikaalisia dendriittejä, pyramidimaisia solurunkoja ja tyviaksoneja, jotka työntyvät aivokurkiaiseen. Luovuttajalta peräisin olevat astrosyytit laajentavat proteesinsa läheisiin kapillaareihin, ja oligodendrosyytit ovat läheisessä kosketuksessa myeliinin muhvien kanssa osallistuen myeliinin muodostumiseen. Siten in vitro -olosuhteissa ESC-soluista saadut hermostolliset progenitorisolut kykenevät suunnattuun migraatioon ja alueelliseen erilaistumiseen, joka on riittävä mikroympäristön signaaleille, tarjoten neuroneja ja gliasoluja monille kehittyvien aivojen alueille.

Jotkut kirjoittajat pohtivat aikuisen organismin alueellisten kantasolujen de- ja transdifferentiaation mahdollisuutta. Solujen dedifferentiaation epäsuora vahvistus viljelmässä ja niiden potentiaalin laajeneminen saadaan tiedoista hiiren hermostollisten kantasolujen kiinnittymisestä punaiseen luuytimeen ja siitä myöhemmin kehittyneistä solulinjoista, jotka tuottavat toiminnallisesti aktiivisia perifeerisen veren soluja. Lisäksi geneettisesti merkittyjen (LacZ) neurosfäärisolujen siirto kypsästä tai alkion aivoista sädehoitoisten, hematopoieesia vaimentaneiden hiirten aivoihin johti paitsi hermostollisten johdannaisten muodostumiseen kantasoluista, myös verisolujen muodostumiseen, mikä osoittaa hermostollisten kantasolujen pluripotenssin, joka toteutuu aivojen ulkopuolella. Siten hermostollinen kantasolu pystyy erilaistumaan verisoluiksi luuytimen mikroympäristön signaalien vaikutuksesta ja alustavasti transformoitumaan hematopoieettiseksi kantasoluksi. Toisaalta, kun luuytimen hematopoieettisia kantasoluja siirrettiin aivoihin, niiden erilaistuminen aivokudoksen mikroympäristön vaikutuksesta glia- ja hermosoluiksi todettiin. Näin ollen hermostollisten ja hematopoieettisten kantasolujen erilaistumispotentiaalia ei rajoita kudosspesifisyys. Toisin sanoen paikallisen mikroympäristön tekijät, jotka poikkeavat aivo- ja luuytimen kudoksille ominaisista, pystyvät muuttamaan näiden solujen erilaistumissuuntaa. On osoitettu, että sädehoitoa saaneiden hiirten laskimojärjestelmään tuodut hermostolliset kantasolut luovat myeloidisten, lymfoidi- ja epäkypsien hematopoieettisten solujen populaatioita pernassa ja luuytimessä. In vitro -kokeissa on osoitettu luuytimen morfogeneettisten proteiinien (BMP) vaikutusta hermostollisten kantasolujen eloonjäämiseen ja erilaistumiseen, mikä määrittää, kuten alkionkehityksen alkuvaiheissa, niiden kehityksen hermosto- tai gliasolujen suuntaan. 16 päivän ikäisistä rotan alkioista peräisin olevissa hermostollisissa kantasoluviljelmissä BMP:t indusoivat hermosolujen ja astrogliasolujen muodostumista, kun taas perinataalkiosoluista peräisin olevissa kantasoluviljelmissä muodostuu vain astrosyyttejä. Lisäksi BMP:t estävät oligodendrosyyttien muodostumista, joita esiintyy in vitro vain BMP-antagonistin, nogginin, lisäämisen myötä.

Transdifferentiaatioprosessit ovat lajikohtaisia: aikuisten rottien striatumiin siirretyt ihmisen luuytimen hematopoieettiset kantasolut siirtyvät ulkoisen kapselin valkeaan aineeseen, ipsi- ja kontralateraaliseen neokorteksiin, missä ne muodostavat astrosyyttien kaltaisia soluelementtejä (Azizi et al., 1998). Kun luuytimen kantasoluja allotransplantoidaan vastasyntyneiden hiirten sivukammioon, hematopoieettisten kantasolujen migraatio voidaan jäljittää etuaivojen ja pikkuaivojen rakenteisiin. Hippokampuksen striatumissa ja molekyylikerroksessa migroituneet solut muuttuvat astrosyyteiksi, ja hajukäämissä, pikkuaivojen sisemmässä jyvässolukerroksessa ja aivorungon retikulaarisessa muodostelmassa ne muodostavat hermosolujen kaltaisia soluja, joilla on positiivinen reaktio neurofilamentteihin. Kun hematopoieettisia soluja annettiin laskimonsisäisesti aikuisille hiirille, GFP-leimattuja mikro- ja astrosyyttejä havaittiin neokorteksissa, talamuksessa, aivorungossa ja pikkuaivoissa.

Lisäksi luuytimen mesenkymaaliset kantasolut, joista kehittyy kaikenlaisia sidekudossoluja, voivat tietyissä olosuhteissa myös läpikäydä hermosolutransdifferentiaation (muistakaa, että mesenkyymin alkion lähde ovat hermosoluharjasolut). On osoitettu, että ihmisen ja hiiren luuytimen stroomasolut, joita viljellään in vitro EGF:n tai BDNF:n läsnä ollessa, ilmentävät hermosolujen progenitorisolujen nestiini-markkeria, ja erilaisten kasvutekijöiden yhdistelmien lisääminen johtaa sellaisten solujen muodostumiseen, joilla on gliasolujen (GFAP) ja neuronien (ydinproteiini, NeuN) markkereita. Vastasyntyneiden hiirten aivojen sivukammioon siirretyt leimatut syngeeniset mesenkymaaliset kantasolut kulkeutuvat ja lokalisoituvat etuaivoihin ja pikkuaivoihin häiritsemättä vastaanottaja-aivojen sytoarkkitehtuuria. Luuytimen mesenkymaaliset kantasolut erilaistuvat kypsiksi astrosyyteiksi hippokampuksen striatumissa ja molekyylikerroksessa ja asuttavat hajukäämiä, pikkuaivojen rakeisia kerroksia ja retikulaarista muodostumaa, jossa ne muuttuvat neuroneiksi. Ihmisen luuytimen mesenkymaaliset kantasolut kykenevät erilaistumaan makrogliasoluiksi in vitro ja integroitumaan rotan aivorakenteisiin siirron jälkeen. Luuytimen mesenkymaalisten kantasolujen suora siirto aikuisten rottien hippokampukseen liittyy myös niiden kulkeutumiseen aivojen parenkyymiin ja neurogliaalisen erilaistumisen myötä.

Oletetaan, että luuytimen kantasolujen siirto voi laajentaa soluterapian mahdollisuuksia keskushermostosairauksissa, joille on ominaista hermosolujen liiallinen patologinen kuolema. On kuitenkin huomattava, että kaikki tutkijat eivät tunnista hermostollisten ja hematopoieettisten kantasolujen keskinäistä transformaatiota, erityisesti in vivo, mikä jälleen johtuu luotettavan markkerin puutteesta niiden transdifferentiaation ja jatkokehityksen arvioimiseksi.

Kantasolujen siirto avaa uusia horisontteja perinnöllisen neurologisen patologian solugeeniterapialle. Hermostollisten kantasolujen geneettinen modifiointi sisältää geneettisten säätelykonstruktioiden lisäämisen, joiden tuotteet vuorovaikuttavat solusyklin proteiinien kanssa automaattisessa säätelytilassa. Tällaisten geenien transduktiota alkion progenitorisoluihin käytetään hermostollisten kantasolujen lisäämiseen. Useimmat geneettisesti muunnetut solukloonit käyttäytyvät kuin vakaat solulinjat, eivätkä osoita transformaation merkkejä in vivo tai in vitro, mutta niillä on voimakas kyky estää lisääntymistä kontaktin kautta. Siirrettäessä lisääntyneet transfektoidut solut integroituvat vastaanottajakudokseen häiritsemättä sytoarkkitehtuuria ja ilman kasvaimen transformaatiota. Luovuttajan hermostolliset kantasolut eivät muuta integraatiovyöhykettä ja kilpailevat tasaisesti tilasta isäntäsolujen progenitorisolujen kanssa. Transfektanttisolujen jakautumisen intensiteetti kuitenkin laskee jyrkästi 2.–3. päivänä, mikä vastaa niiden lisääntymisen kontaktin kautta tapahtuvaa estymistä in vitro. Hermostollisen kantasolutransfektanttisolun vastaanottajilla alkioilla ei ole poikkeavuuksia keskushermoston kehityksessä, ja kaikki siirteen kanssa kosketuksissa olevat aivoalueet kehittyvät normaalisti. Transplantaation jälkeen hermokantasolujen kloonit siirtyvät nopeasti injektioalueelta ja usein ylittävät vastaavat alkion vyöhykkeet aivojen etuosassa integroituen riittävästi muihin aivojen alueisiin. Geneettisesti muunneltujen kloonien ja transfektoitujen hermokantasolujen solulinjojen integroituminen isäntäorganismin aivoihin ei ole ominaista vain alkion kaudelle: näitä soluja istutetaan lukuisiin sikiön, vastasyntyneen, aikuisen ja jopa ikääntyvän vastaanottajaorganismin keskushermoston alueisiin ja ne osoittavat kykyä riittävään integroitumiseen ja erilaistumiseen. Erityisesti aivojen kammioon siirron jälkeen transfektoidut solut siirtyvät vahingoittamatta veri-aivoestettä ja niistä tulee aivokudoksen kiinteitä toiminnallisia solukomponentteja. Luovuttajaneuronit muodostavat sopivia synapseja ja ilmentävät spesifisiä ionikanavia. Veri-aivoesteen eheyden säilyessä astroglia, transfektanttien hermokantasolujen johdannainen, laajentaa prosesseja aivoverisuoniin, ja luovuttajasta peräisin olevat oligodendrosyytit ilmentävät myeliinin perusproteiinia ja myelinaattihermosoluprosesseja.

Lisäksi hermostollisia kantasoluja transfektoidaan käytettäväksi soluvektoreina. Tällaiset vektorigeneettiset konstruktit tarjoavat hermoston kehitykseen osallistuvien vieraiden geenien stabiilin ilmentymisen in vivo tai niitä käytetään olemassa olevien geneettisten vikojen korjaamiseen, koska näiden geenien tuotteet kykenevät kompensoimaan erilaisia keskushermoston biokemiallisia poikkeavuuksia. Transfektoitujen kantasolujen korkea migraatioaktiivisuus ja riittävä istutus kehittyvien aivojen eri alueiden germinaalivyöhykkeisiin antavat meille mahdollisuuden toivoa perinnöllisen soluentsyymien puutteen täydellistä palautumista. Ataksia-telangiektasia-oireyhtymän (mutanttihiirilinjat pg ja pcd) mallintamisessa Purkinjen solut katoavat koe-eläinten pikkuaivoista postnataalisen kehityksen ensimmäisten viikkojen aikana. On osoitettu, että hermostollisten kantasolujen tuominen tällaisten eläinten aivoihin liittyy niiden erilaistumiseen Purkinjen soluiksi ja granulaariseksi neuroneiksi. pcd-mutanteilla liikkeen koordinaatiohäiriöt korjaantuvat osittain ja vapinan voimakkuus vähenee. Samanlaisia tuloksia saatiin siirtämällä kloonattuja ihmisen hermostollisia kantasoluja kädellisiin, joilla Purkinjen solujen rappeutuminen indusoitiin onkonaasilla. Transplantaation jälkeen luovuttajan hermokantasoluja löydettiin pikkuaivojen parenkyymin rakeisesta, molekyyli- ja Purkinjen solukerroksesta. Siksi hermostollisten progenitorisolujen geneettinen modifikaatio voi tarjota stabiilin ja sitoutuneen fenotyypin modifikaation, joka on vastustuskykyinen ulkoisille vaikutuksille. Tämä on erityisen tärkeää patologisissa prosesseissa, jotka liittyvät vastaanottajalla kehittyvien tekijöiden syntymiseen, jotka estävät luovuttajasolujen selviytymisen ja erilaistumisen (esim. immuuniaggression aikana).

Ihmisillä esiintyvälle mukopolysakkaridoosille VII on ominaista neurodegeneraatio ja etenevä kehitysvammaisuus, jota hiirillä mallinnetaan beeta-glukuronidaasigeenin deleetiomutaatiolla. Kun transfektoidut beeta-glukuronidaasia erittävät hermostolliset kantasolut on siirretty vastasyntyneiden, toimintahäiriöisten vastaanottajahiirten aivokammioihin, luovuttajasolut löytyvät ensin terminaalialueelta ja leviävät sitten koko aivojen parenkyymiin, korjaten stabiilisti lysosomien eheyden mutanttihiirten aivoissa. Tay-Sachsin taudin mallissa retroviruksella transdusoidut hermostolliset kantasolut, kun niitä annetaan kohdussa hiiren sikiöille ja siirretään vastasyntyneisiin hiiriin, tarjoavat beeta-heksosaminidaasin beeta-alayksikön tehokkaan ilmentymisen vastaanottajilla, joilla on mutaatio, joka johtaa beeta2-gangliosidin patologiseen kertymiseen.

Toinen regeneratiivisen lääketieteen suunta on potilaan omien hermostollisten kantasolujen proliferatiivisen ja erilaistumispotentiaalin stimulointi. Erityisesti hermostolliset kantasolut erittävät NT-3:a selkäytimen puolittaisen irtoamisen ja aivojen tukehtumisen aikana rotilla, ilmentävät NGF:ää ja BDNF:ää väliseinässä ja tyvitumakkeissa, tyrosiinihydroksylaaseja striatumissa sekä reeliiniä pikkuaivoissa ja myeliinin perusproteiinia aivoissa.

Neurogeneesin stimulaatiokysymyksiin ei kuitenkaan selvästikään kiinnitetä tarpeeksi huomiota. Muutamat tutkimukset viittaavat siihen, että hajujen erottamisesta vastaavien hermokeskusten toiminnallinen kuormitus heijastuu uusien hermosolujen muodostumisena. Transgeenisillä hiirillä, joilla on hermosolujen adheesiomolekyylien puutos, neurogeneesin intensiteetin lasku ja hajukäämiin siirtyvien hermosolujen määrän väheneminen yhdistyivät hajujen erottamiskyvyn heikkenemiseen, vaikka hajuaistimuksen kynnys ja lyhytaikainen hajumuisti eivät heikentyneet. Piikkigyrus-solujen toiminnallinen tila on tärkeässä roolissa neurogeneesin säätelyssä: glutamaatin vaikutuksen heikkeneminen jyvässoluihin entorinaalisen kuoren tuhoutumisen jälkeen edistää hermosolujen lisääntymistä ja erilaistumista, ja perforanttiradan (hippokampuksen tärkein afferentti tulo) kuitujen stimulaatio aiheuttaa neurogeneesin estymistä. NMDA-reseptoriantagonistit aktivoivat uusien hermosolujen muodostumisprosesseja, kun taas agonistit sitä vastoin vähentävät neurogeneesin intensiteettiä, mikä itse asiassa muistuttaa glukokortikosteroidien vaikutusta. Kirjallisuudessa on ristiriitaisia tutkimustuloksia: tiedot eksitatorisen välittäjäaineen glutamaatin kokeellisesti todistetusta estävästä vaikutuksesta neurogeneesiin ovat ristiriidassa tiedon kanssa progenitorisolujen lisääntymisen stimuloinnista ja uusien hermosolujen ilmaantumisesta, mikä lisää kohtausaktiivisuutta eläinten hippokampuksessa kokeellisilla kaiini- ja pilokarpiiniepilepsiamalleilla. Samaan aikaan perinteisessä epilepsian mallissa, joka johtuu tietyn aivoalueen useista kynnysarvon alapuolisista stimulaatioista (kindling) ja jolle on ominaista vähemmän voimakas hermosolujen kuolema, neurogeneesin intensiteetti kasvaa vasta kindlingin myöhäisessä vaiheessa, kun hippokampuksessa havaitaan hermosolujen vaurioita ja kuolemaa. On osoitettu, että epilepsiassa kohtausaktiivisuus stimuloi neurogeneesiä uusien jyväisneuronien epänormaalilla lokalisaatiolla, joista monet esiintyvät paitsi gyrus dentatessa myös hiluksessa. Tällaisilla hermosoluilla on suuri merkitys sammaleisen kuituverenvuodon kehityksessä, koska niiden aksonit muodostavat normaalisti poissa olevia käänteisiä sivuhaaroja, jotka muodostavat lukuisia synapseja viereisten jyvässolujen kanssa.

Alueellisten hermostollisten kantasolujen käyttö avaa uusia mahdollisuuksia solusiirron soveltamiselle metabolisten ja geneettisten neurodegeneratiivisten sairauksien, myeliinin vaurioitumissairauksien ja keskushermoston traumaperäisten häiriöiden hoidossa. Ennen korvaavan solusiirron suorittamista jollakin menetelmällä, suoritetaan tarvittavan tyyppisten hermostollisten kantasolujen valinta ja lisääminen ex vivo tarkoituksena ne myöhemmin viedä suoraan aivojen vaurioituneelle alueelle. Terapeuttinen vaikutus johtuu tässä tapauksessa vaurioituneiden solujen korvaamisesta tai kasvutekijöiden ja sytokiinien paikallisesta vapautumisesta. Tämä regeneratiivis-plastisen hoidon menetelmä edellyttää riittävän suuren määrän ennalta määrättyjen toiminnallisten ominaisuuksien omaavien solujen siirtoa.

Lisätutkimuksia kypsien aivokantasolujen molekyyliominaisuuksista ja regeneratiivis-plastisesta potentiaalista sekä eri kudosperäisten alueellisten kantasolujen kyvystä transdifferentioitua tulisi myös pitää tarkoituksenmukaisina. Nykyään luuytimen hematopoieettisten kantasolujen antigeenien seulontaa on jo tehty määrittämällä markkeriyhdistelmä soluista, jotka kykenevät transdifferentioitumaan hermostollisiksi kantasoluiksi (CD 133+, 5E12+, CD34-, CD45-, CD24). On saatu soluja, jotka muodostavat neurosfäärejä in vitro ja muodostavat neuroneja, kun ne siirretään vastasyntyneiden immuunipuutteisten hiirten aivoihin. Solujen ksenotransplantologian kannalta kiinnostavia ovat tutkimusten tulokset kantasolujen ristiinsiirron mahdollisuudesta evolutiivisesti kaukaisten taksonien yksilöille. Hermostollisten kantasolujen istuttamisen tulokset aivokasvaimen alueelle ovat edelleen vailla asianmukaista tulkintaa: siirretyt solut kulkeutuvat aktiivisesti kasvaimen koko tilavuuden läpi ylittämättä sen rajoja, ja kun solut viedään aivojen ehjään osaan, niiden havaitaan aktiivista kulkeutumista kohti kasvainta. Kysymys tällaisen kulkeutumisen biologisesta merkityksestä on edelleen avoin.

On huomattava, että hermostollisten kantasolujen, samoin kuin muiden alkion kantasoluista saatujen hermostollisten progenitorisolujen, onnistunut siirto on mahdollista vain käyttämällä erittäin puhdistettuja hermostollisia progenitorisoluja, koska erilaistumattomat alkion kantasolut muuttuvat väistämättä teratoomiksi ja teratokarsinoomiksi, kun ne siirretään aikuiselle immunokompetentille vastaanottajalle. Jopa minimaalinen määrä huonosti erilaistuneita soluja luovuttajasolususpensiossa lisää jyrkästi siirteen tuumorigeenisyyttä ja lisää kohtuuttomasti kasvaimen kehittymisen tai ei-hermostollisen kudoksen muodostumisen riskiä. Homogeenisten hermostollisten progenitorisolujen populaatioiden saaminen on mahdollista, kun käytetään vaihtoehtoisena luovuttajakudoksen lähteenä soluja, jotka syntyvät normaalin alkionkehityksen tietyissä vaiheissa. Toinen lähestymistapa sisältää ei-toivottujen solupopulaatioiden huolellisen poistamisen sukulinjaspesifisellä valinnalla. Myös hermostollisten kantasolujen käyttö neurotransplantaatioon sen jälkeen, kun ne ovat saaneet riittämättömän altistuksen kasvutekijöille in vitro, on vaarallista. Tässä tapauksessa ei voida sulkea pois hermoston erilaistumisohjelman epäonnistumista hermostoputkelle ominaisten rakenteiden muodostumisella.

Nykyään on varsin ilmeistä, että hermostolliset kantasolut osoittavat tropismia keskushermoston patologisesti muuttuneille alueille ja niillä on voimakas regeneratiivis-plastinen vaikutus. Hermoston solukuoleman kohdan mikroympäristö mallintaa siirrettyjen solujen erilaistumissuuntaa ja täydentää siten tiettyjen hermostollisten elementtien puutetta keskushermostovaurioalueella. Joissakin neurodegeneratiivisissa prosesseissa syntyy neurogeenisiä signaaleja neurogeneesin toistamiseksi, ja kypsän aivojen hermostolliset kantasolut pystyvät reagoimaan tähän opettavaiseen tietoon. Lukuisat kokeelliset tiedot kuvaavat selvästi hermostollisten kantasolujen terapeuttista potentiaalia. Hermostollisten kantasolujen kloonin intracisternaalinen anto eläimille keskimmäisen aivovaltimon ligaation avulla (iskeemisen aivohalvauksen malli) auttaa vähentämään aivojen tuhoisasti muuttuneen alueen pinta-alaa ja tilavuutta, erityisesti hermostollisten kantasolujen ja FGF2:n siirron yhteydessä. Immunosytokemiallisesti havaitaan luovuttajasolujen siirtymistä iskeemiseen vyöhykkeeseen ja niiden myöhempää integroitumista ehjiin vastaanottaja-aivosoluihin. Hiiren neuroepiteliaalisolulinjan MHP36 kypsymättömien solujen siirto kokeellisen aivohalvauksen saaneiden rottien aivoihin parantaa sensomotorista toimintaa, ja näiden solujen lisääminen aivokammioihin parantaa kognitiivista toimintaa. Ihmisen luuytimen hermostollisesti esimuodostuneiden hematopoieettisten solujen siirto rotille poistaa iskeemisen vaurion aiheuttaman aivokuoren toimintahäiriön. Tässä tapauksessa ksenogeeniset hermostolliset progenitorisolut kulkeutuvat injektiokohdasta aivokudoksen tuhoisien muutosten alueelle. Homologisten luuydinsolujen kallonsisäinen siirto rottien aivokuoren traumaattisissa vaurioissa johtaa motoristen toimintojen osittaiseen palautumiseen. Luovuttajasolut kiinnittyvät, lisääntyvät, erilaistuvat hermostollisesti neuroneiksi ja astrosyyteiksi ja kulkeutuvat kohti leesiota. Kun kloonattuja ihmisen hermostollisia kantasoluja injektoidaan kokeellisen aivohalvauksen saaneiden aikuisten rottien striatumiin, ne korvaavat vaurioituneet keskushermostosolut ja palauttavat osittain heikentyneen aivotoiminnan.

Ihmisen hermostolliset kantasolut eristetään pääasiassa alkion telenkefalonista, joka kehittyy paljon myöhemmin kuin hermorungon kaudaalisesti sijaitsevat osat. Neuroottisten kantasolujen eristämisen mahdollisuus 43–137 päivän ikäisen ihmissikiön selkäytimestä on osoitettu, koska EGF:n ja FGF2:n läsnä ollessa nämä solut muodostavat neurosfäärejä ja osoittavat multipotenssia varhaisissa läpikulkuissa erilaistuen neuroneiksi ja astrosyyteiksi. Neuroottisten progenitorisolujen pitkäaikainen viljely (yli vuoden) kuitenkin riistää niiltä multipotenssin – tällaiset solut kykenevät erilaistumaan vain astrosyyteiksi eli niistä tulee unipotentteja. Alueellisia hermostollisia kantasoluja voidaan saada osittaisen bulbektomian seurauksena ja LIF:n läsnä ollessa viljelmässä lisääntymisen jälkeen siirtää samalle potilaalle, jolla on neurodegeneratiivisia muutoksia keskushermoston muissa osissa. Kliinisessä tutkimuksessa hermostollisia kantasoluja käyttävää korvaussoluhoitoa tehtiin ensimmäisen kerran aivohalvauspotilaiden hoitoon, joihin liittyi aivojen tyvitumakkeiden vaurioita. Luovuttajasolujen siirron seurauksena havaittiin useimpien potilaiden kliinisen tilan paranemista.

Jotkut kirjoittajat uskovat, että hermostollisten kantasolujen kyky kiinnittyä, siirtyä ja integroitua hermokudoksen eri alueille keskushermostovaurion sattuessa avaa rajattomat mahdollisuudet soluterapiaan paitsi paikallisissa, myös laajoissa (aivohalvaus tai asfiksia), multifokaalisissa (multippeliskleroosi) ja jopa globaaleissa (useimmat perinnölliset aineenvaihduntahäiriöt tai neurodegeneratiiviset dementiat) patologisissa prosesseissa. Kun kloonattuja hiiren ja ihmisen hermostollisia kantasoluja siirretään vastaanottajaeläimille (hiirille ja kädellisille) 8 kuukautta ennen elinsiirtoa, joilla on mesostriataalisen järjestelmän dopaminergisten hermosolujen rappeutuminen metyylifenyylitetrapyridiinin (Parkinsonin taudin malli) lisäämisen seurauksena, luovuttajan hermostolliset kantasolut integroituvat vastaanottajan keskushermostoon. Kuukautta myöhemmin siirretyt solut lokalisoituvat molemmin puolin keskiaivoja. Jotkut tuloksena olevista luovuttajaperäisistä neuroneista ilmentävät tyrosiinihydrolaasia ilman merkkejä immuunireaktiosta elinsiirtoon. Rotilla, joille annettiin 6-hydroksidopamiinia (toinen Parkinsonin taudin kokeellinen malli), siirrettyjen solujen sopeutuminen isäntäaivojen mikroympäristöön määräytyi hermostollisten kantasolujen viljelyolosuhteiden perusteella ennen niiden elinsiirtoa. EGF:n vaikutuksesta nopeasti in vitro lisääntyvät hermostolliset kantasolut kompensoivat vaurioituneen striatumin dopaminergisten hermosolujen puutetta tehokkaammin kuin 28 päivän viljelmistä peräisin olevat solut. Kirjoittajat uskovat, että tämä johtuu kyvyn menetyksestä havaita vastaavia erilaistumissignaaleja hermostollisten progenitorisolujen jakautumisprosessin aikana in vitro.

Joissakin tutkimuksissa on pyritty tehostamaan vaurioituneen striatumin reinnervaatioprosesseihin kohdistuvaa vaikutusta siirtämällä alkion striatum-soluja tälle alueelle neurotrofisten tekijöiden lähteenä samanaikaisesti vatsanpuoleisen keskiaivojen dopaminergisten neuronien siirron kanssa. Kuten kävi ilmi, neurotransplantaation tehokkuus riippuu pitkälti alkion hermokudoksen siirtomenetelmästä. Alkion hermokudosvalmisteiden siirtoa aivojen kammiojärjestelmään (striatum-parenkyymin vaurioitumisen välttämiseksi) koskevien tutkimusten tuloksena saatiin tietoa niiden positiivisesta vaikutuksesta Parkinsonin taudin motorisiin vikoihin.

Muissa tutkimuksissa kokeelliset havainnot ovat kuitenkin osoittaneet, että dopaminergisiä neuroneja sisältävien vatsanpuoleisen keskiaivon alkion hermokudospreparaattien siirto aivokammioon sekä GABA-ergisten alkion hermostollisten elementtien siirto hemiparkinsonismia sairastavien rottien striatumiin ei edistä dopaminergisen järjestelmän heikentyneiden toimintojen palautumista. Päinvastoin, immunosytokemiallinen analyysi vahvisti tiedot rottien striatumiin siirrettyjen vatsanpuoleisen keskiaivon dopaminergisten neuronien alhaisesta eloonjäämisasteesta. Vatsanpuoleisen keskiaivon alkion hermokudoksen intraventrikulaarisen siirron terapeuttinen vaikutus toteutui vain, jos alkion striatumisolujen preparaatti implantoitiin samanaikaisesti denervoituneeseen striatumiin. Kirjoittajat uskovat, että tämän vaikutuksen mekanismi liittyy alkion striatumin GABA-ergisten elementtien positiiviseen troofiseen vaikutukseen intraventrikulaaristen vatsanpuoleisten keskiaivojen siirteiden spesifiseen dopaminergiseen aktiivisuuteen. Siirteissä havaittuun voimakkaaseen gliasolureaktioon liittyi apomorfiinitestiparametrien lievä regressio. Jälkimmäinen puolestaan korreloi veriseerumin GFAP-pitoisuuden kanssa, mikä osoitti suoraan veri-aivoesteen läpäisevyyden rikkoutumisen. Näiden tietojen perusteella kirjoittajat päättelivät, että veriseerumin GFAP-tasoa voidaan käyttää riittävänä kriteerinä siirteen toiminnallisen tilan arvioimiseksi, ja veri-aivoesteen lisääntynyt läpäisevyys neurospesifisille antigeeneille, kuten GFAP:lle, on patogeneettinen yhteys siirteen epäonnistumisen kehittymisessä vastaanottajan hermokudoksen autoimmuunivaurioiden vuoksi.

Muiden tutkijoiden näkökulmasta hermostollisten kantasolujen kiinnittyminen ja integroituminen elinsiirron jälkeen on vakaata ja elinikäistä, koska luovuttajasoluja löytyy vastaanottajista vähintään kaksi vuotta elinsiirron jälkeen ilman merkittävää määrän vähenemistä. Yritykset selittää tätä sillä, että erilaistumattomassa tilassa hermostolliset kantasolut eivät ilmennä MHC-luokan I ja II molekyylejä tasolla, joka riittää indusoimaan immuunijärjestelmän hyljintäreaktion, voidaan pitää totena vain suhteessa vähän erilaistuneisiin hermostollisiin esiasteisiin. Kaikki vastaanottajan aivojen hermostolliset kantasolut eivät kuitenkaan säily epäkypsässä lepotilassa. Suurin osa niistä käy läpi erilaistumisen, jonka aikana MHC-molekyylit ilmentyvät kokonaisuudessaan.

Erityisesti alkion vatsanpuoleisten keskiaivovalmisteiden intrastriataalisen siirron riittämätön tehokkuus kokeellisen parkinsonismin hoidossa liittyy siirrettyjen dopaminergisten neuronien alhaiseen eloonjäämisasteeseen (vain 5-20 %), joka johtuu reaktiivisesta glioosista, joka liittyy aivoparenkyymin paikalliseen traumaan elinsiirron aikana. On tunnettua, että aivoparenkyymin paikallinen trauma ja samanaikainen glioosi johtavat veri-aivoesteen eheyden häiriintymiseen, jolloin hermokudoksen antigeenejä, erityisesti OCARia ja hermosoluspesifistä antigeeniä, vapautuu perifeeriseen vereen. Näiden antigeenien läsnäolo veressä voi aiheuttaa spesifisten sytotoksisten vasta-aineiden tuotantoa niitä vastaan ja autoimmuunireaktioiden kehittymistä.

V. Tsymbalyuk ja yhteistyökumppanit (2001) raportoivat, että perinteinen näkökulma, jonka mukaan keskushermosto on immunologisesti etuoikeutettu alue, joka on eristetty immuunijärjestelmästä veri-aivoesteen avulla, pitää edelleen paikkansa. Kirjallisuuskatsauksessaan kirjoittajat mainitsevat useita teoksia, jotka osoittavat, että tämä näkökulma ei täysin vastaa nisäkkäiden aivojen immuuniprosessien olemusta. On todettu, että aivojen parenkyymiin tuodut merkityt aineet voivat päästä syviin kaulan imusolmukkeisiin, ja antigeenien aivojen sisäisen injektion jälkeen kehossa muodostuu spesifisiä vasta-aineita. Kaulan imusolmukkeiden solut reagoivat tällaisiin antigeeneihin lisääntymällä, alkaen viidentenä päivänä injektion jälkeen. Spesifisten vasta-aineiden muodostumista on havaittu myös ihonsiirron aikana aivojen parenkyymiin. Katsauksen kirjoittajat tarjoavat useita hypoteettisia reittejä antigeenien kulkeutumiselle aivoista imusuonijärjestelmään. Yksi niistä on antigeenien siirtyminen perivaskulaarisista tiloista lukinkalvonalaiseen tilaan. Oletetaan, että aivojen suurten verisuonten varrella sijaitsevat perivaskulaariset tilat vastaavat aivojen imusuonia. Toinen reitti kulkee valkoisia kuituja pitkin - seulaluun kautta nenän limakalvon imusuoniin. Lisäksi kovakalvossa on laaja imusuonten verkosto. Myös veri-aivoesteen läpäisemättömyys lymfosyyteille on melko suhteellista. On osoitettu, että aktivoituneet lymfosyytit kykenevät tuottamaan entsyymejä, jotka vaikuttavat aivojen "immuunisuodattimen" rakenteiden läpäisevyyteen. Postkapillaaristen pikkulaskimoiden tasolla aktivoituneet T-auttajasolut tunkeutuvat ehjän veri-aivoesteen läpi. Väite antigeenejä edustavien solujen puuttumisesta aivoista ei kestä kritiikkiä. Tällä hetkellä on vakuuttavasti todistettu, että antigeenejä voisi esittää keskushermostossa ainakin kolmentyyppisillä soluilla. Ensinnäkin nämä ovat luuytimestä peräisin olevia dendriittisoluja, jotka sijaitsevat aivoissa suurten verisuonten varrella ja valkeassa aineessa. Toiseksi antigeenit kykenevät esittelemään aivoverisuonten endoteelisoluja ja yhdessä MHC-antigeenien kanssa, mikä tukee näille antigeeneille spesifisten T-solujen klonaalista kasvua. Kolmanneksi mikro- ja astrogliasolut toimivat antigeenejä esittelevinä aineina. Osallistuessaan immuunivasteen muodostumiseen keskushermostossa astrosyytit saavat immuunivasteen solun ominaisuudet ja ilmentävät useita antigeenejä, sytokiineja ja immunomodulaattoreita. Kun astrogliasoluja inkuboidaan γ-interferonin (γ-INF) kanssa, ne ilmentävät in vitro MHC-luokan I ja II antigeenejä, ja stimuloidut astrosyytit kykenevät antigeenien esittelyyn ja lymfosyyttien klonaaliseen proliferaatioon.

Alkion hermokudoksen siirron jälkeinen aivokudoksen trauma, leikkauksen jälkeinen tulehdus, turvotus ja fibriinikertymät luovat olosuhteet veri-aivoesteen läpäisevyyden lisääntymiselle, mikä heikentää autotoleranssia, herkistymistä ja CD3+CD4+-lymfosyyttien aktivoitumista. Auto- ja alloantigeenien esittelyn suorittavat astrosyytit ja mikrogliasolut, jotka reagoivat y-INF:ään ilmentämällä MHC-molekyylejä, ICAM-1:tä, LFA-I:tä, LFA-3:a, kostimulatorisia molekyylejä B7-1 (CD80) ja B7-2 (CD86) sekä erittämällä IL-1a:ta, IL-ip:tä ja y-INF:ää.

Näin ollen alkion hermokudoksen pidempään eloonjäämistä aivojen sisäisen siirron jälkeen verrattuna perifeeriseen antamiseen ei voida juurikaan yhdistää siirrännäisimmuniteetin alkamisen puuttumiseen. Lisäksi monosyytit, aktivoituneet lymfosyytit (sytotoksiset CD3+CD8+ ja T-auttajasolut) ja niiden tuottamat sytokiinit sekä alkion hermokudoksen perifeerisen siirteen antigeeneille osoitetut vasta-aineet ovat merkittävässä roolissa siirteen hyljintäprosessissa. MHC-molekyylien alhainen ilmentymistaso alkion hermokudoksessa on tietyssä määrin tärkeä luotaessa olosuhteita neurosiirteiden pidemmälle resistenssille T-solujen immuuniprosesseille. Tästä syystä kokeessa immuunitulehdus alkion hermokudoksen siirron jälkeen aivoihin kehittyy hitaammin kuin ihonsiirron jälkeen. Yksittäisten hermokudossiirteiden täydellinen tuhoutuminen havaitaan kuitenkin 6 kuukauden kuluttua. Tässä tapauksessa MHC-luokan II antigeenien rajoittamat T-lymfosyytit sijaitsevat pääasiassa siirtoalueella (Nicholas et al., 1988). Kokeellisesti on osoitettu, että ksenologisen neurotransplantaation aikana T-auttajasolujen (L3T4+), mutta ei sytotoksisten T-lymfosyyttien (Lyt-2), väheneminen pidentää rotan hermokudoksen eloonjäämisaikaa vastaanottajahiirten aivoissa. Neurosiirteen hylkimiseen liittyy isäntämakrofagien ja T-lymfosyyttien tunkeutuminen siihen. Tämän seurauksena isäntämakrofagit ja aktivoituneet mikrogliasolut toimivat in situ antigeenejä esittelevinä immunostimuloivina soluina, ja luovuttajan MHC-luokan I antigeenien lisääntynyt ilmentyminen tehostaa vastaanottajasytotoksisten T-lymfosyyttien tappaja-aktiivisuutta.

Ei ole mitään järkeä analysoida lukuisia spekulatiivisia yrityksiä selittää neurosiirteen hyljintää vastaanottajan immuunijärjestelmän reaktiolla luovuttajan endoteelisoluihin tai gliasoluihin, koska jopa puhtaat hermosolujen kantasolulinjat ovat alttiita immuunihyökkäyksille. On huomionarvoista, että aivosolujen, jotka sitoutuvat aivoihin tunkeutuvien T-lymfosyyttien apoptoosireseptoreihin (Fas-molekyyleihin) ja indusoivat niiden apoptoosin, ilmentymisellä on tärkeä rooli siirteen pidemmän eloonjäämisen mekanismeissa keskushermostossa, mikä on tyypillinen suojamekanismi transbarrier-autoimmunogeenisille kudoksille.

Kuten V. Tsymbalyuk ja hänen kanssakirjoittajansa (2001) aivan oikein toteavat, alkion hermokudoksen siirrolle on ominaista tulehduksen kehittyminen, johon osallistuvat aivojen antigeeneille herkistyneet ja aktivoituneet solut, vasta-aineet, sekä paikallisten sytokiinien tuotanto. Tärkeä rooli tässä on elimistön ennestään herkistymisellä aivojen antigeeneille, jota tapahtuu keskushermostosairauksien kehittymisen aikana ja joka voi kohdistua siirrännäisantigeeneihin. Siksi histoinyhteensopimattomien neurosiirteiden todella pitkäaikainen selviytyminen saavutetaan vain tukahduttamalla immuunijärjestelmää siklosporiini A:lla tai lisäämällä monoklonaalisia vasta-aineita vastaanottajan CD4+-lymfosyyttejä vastaan.

Näin ollen monet neurotransplantaation ongelmat ovat edelleen ratkaisematta, mukaan lukien kudosten immunologiseen yhteensopivuuteen liittyvät ongelmat, jotka voidaan ratkaista vasta kohdennetun perustutkimuksen ja kliinisen tutkimuksen jälkeen.