Основной особенностью регенерации центральной нервной системы млекопитающих неизменно считали слабый рост поврежденных аксонов. По описаниям, этот рост продолжается всего лишь несколько дней или недель и не приводит к восстановлению связи между краями поврежденных участков мозга даже при наличии небольших промежутков между ними. В противоположность спинному мозгу, периферические нервы млекопитающих способны к восстановлению функции. Это объясняется рядом биохимических особенностей центральной нервной системы: у нервных волокон спинного мозга иной состав миелиновой оболочки: нет шванновских клеток.
В 1950-е годы интерес к возможности восстановления функции спинного мозга вновь возрос. Это было связано как с развитием нейробиологии, так и с накоплением научных фактов, свидетельствующих о возможности восстановления спинного мозга млекопитающих. Многие исследователи описывали рост нервных волокон при экспериментальном повреждении спинного мозга у крыс, кошек. У человека подобные процессы наблюдаются как при травматическом повреждении спинного мозга, так и при некоторых заболеваниях. Однако в большинстве случаев подобный рост волокон не приводит к улучшению неврологических функций. Внимание исследователей было вновь приковано к возможности регенерации спинного мозга после опытов A. J. Aguayo в 1980-х годах. В его экспериментах после трансплантации отрезка периферического нерва к области ствола мозга и шейного утолщения спинного мозга крыс был получен рост в трансплантат двигательных и чувствительных волокон как спинного, так и головного мозга на протяжении до 35 мм. Неоспоримо доказанная таким образом возможность регенерации нейронов центральной нервной системы явилась новым мощным стимулом поисков способов восстановления функции поврежденного спинного мозга. Очевидно, что для подобной регенерации необходимо создать особые условия, и в частности предотвратить или уменьшить вторичное повреждение нервной системы.
В настоящее время раскрыты некоторые причины недостаточной регенерации спинного мозга млекопитающих. Среди них – слабые потенциальные способности аксонов к регенерации, а также клеточное окружение, тормозящее их рост.
Тормозящая роль рубца изучается давно. Предпринимались многочисленные попытки повлиять на проницаемость рубца путем введения трипсина, пирогенала, АКТГ, дезоксикортикостерона, хориогонина и т. д. Изучались возможности ориентации поперечных волокон рубца продольно к оси спинного мозга, используя внешнее магнитное поле. В настоящее время большое внимание уделяется составу межклеточного вещества спинного мозга и рубца – внеклеточному матриксу. Открыты тормозные свойства хондроитин-сульфатов – протеогликанов матрикса, которые препятствуют росту нервных волокон. С целью повышения проницаемости рубца пытаются использовать хондроитиназы и другие ферменты. Описаны молекулы межклеточного вещества рубца и связанные с ними гены, способствующие проникновению растущих нервных волокон.
Учитывая тормозные свойства глиально-соединительнотканного рубца, длительное время изучаются трансплантационные заместительные методики воздействия на область поврежденного спинного мозга. Еще в 1902 году Стюарт и Харт предприняли попытку сшивания концов разорванного спинного мозга. Описана имплантация спинного мозга собаки (Шёррс, 1905) и обработанного формалином спинного мозга человека (Вулси, Минклер, Резенд и Клемме, 1944) в промежуток между разобщенными культями спинного мозга.
В качестве трансплантата исследовались возможности многих биологических тканей: отрезки периферических нервов, васкуляризированный симпатический ганглий, амниотическая оболочка, эмбриональные ткани и клетки, стволовые клетки, клетки обонятельной оболочечной глии. Множество работ посвящено трансплантации шванновских клеток.
Интересными представляются опыты Olson L. и Cheng H. (1996 г.), которые белое вещество проксимального отрезка пересеченного спинного мозга крысы соединяли с серым веществом дистального отрезка в соматотопическом порядке (т. е. с учетом того, куда должны идти волокна, например, к руке или ноге) с помощью множества отрезков периферических нервов. Для стимуляции роста аксонов, кроме того, был использован фактор роста FGF-1. В этом опыте у некоторых животных были получены функциональные улучшения.
Торможение роста аксонов на протяжении спинного мозга связывают с особым клеточным окружением аксонов – олигодендроцитами. Обнаружено, что миелин центральной нервной системы содержит ряд тормозных протеинов и протеогликанов – NI-250 и MAG. Введение антител к этим молекулам в сочетании с нейротрофическими факторами позволило получить в опытах прорастание нервных волокон через область поврежденного спинного мозга и далее в неповрежденный мозг (42, 86, 106, 130). В своих опытах Kierstead H. S. предпринял попытку изменения клеточного окружения путем использования антител и комплимента для временного уничтожения олигодендроцитов в области травмы. После этого пересеченные аксоны были способны прорастать сквозь безмиелиновую зону, а коллатеральный спраутинг из неповрежденных волокон у взрослых крыс значительно усилился.
Обещающими являются опыты с обонятельной оболочечной глией. Эти клетки обнаружены в обонятельном тракте млекопитающих, в том числе у приматов. Они постоянно мигрируют в область обонятельных луковиц и обеспечивают прорастание и регулярное обновление обонятельных волокон. Введенная обонятельная глия способна мигрировать и увлекать растущие аксоны сквозь область повреждения спинного мозга, преодолевая тормозящее влияние миелина центральной нервной системы. Li Y., Ramon C. A., Plant G. W. использовали комбинацию обонятельной глии и шванновских клеток.
Кроме клеточных биологических материалов в качестве стимуляторов регенерации и роста аксонов изучают неклеточные материалы: полимерный гидрогель, полигликолевую кислоту, денатурированный куриный желток, карбониловые нити, коллаген, танталовые цилиндры, прокладки из миллипора.
Во всех указанных экспериментальных работах ученые получают спраутинг нервных волокон в различной степени, а в некоторых случаях отмечают улучшение проводимости по нервным волокнам или функциональные изменения в виде улучшения движений и чувствительности животных.
Как любая биологическая система, спинной мозг обладает определенной избыточностью клеток. Известно, что для удовлетворительного функционирования спинного мозга достаточно до 10–15 % неповрежденных нервных волокон. Репаративные и пластические перестройки в поврежденном спинном мозге связаны с включением ранее молчащих синапсов, изменением соотношения нейромедиаторов, процессами спраутинга (ветвления аксона и дендритов – отростков нейрона) и формирования новых синапсов. Кроме того, в настоящее время в субэпендимарной зоне желудочков мозга и центрального канала спинного мозга открыты стволовые клетки, способные к делению, миграции и дифференцировке по нейрональному или глиальному типу.
Можно надеяться, что при подавлении процессов вторичного повреждения спинного мозга, и в частности апоптоза, на фоне репаративных перестроек в нервной системе, даже незначительный рост регенерирующих волокон может оказать значительное влияние на функционирование спинного мозга.