Gwiazdy w naszym mózgu
I nie chodzi bynajmniej o stosowaną kiedyś pogróżkę “jak cię walnę, to zobaczysz wszystkie gwiazdy w biały dzień”, oznaczającą groźbę użycia siły fizycznej, po którym to zdarzeniu mózg osoby uderzonej zinterpretuje to mechaniczne zjawisko jako błyski światła.
Chodzi o niezwykłe zdolności regeneracyjne układu nerwowego, możliwe dzięki astrocytom, których nazwa pochodzi od greckiego słowa oznaczającego gwiazdę. To komórki, które przez lata były traktowane nieco po macoszemu – uważano je jedynie za „klej” podtrzymujący neurony.
Dziś wiemy, że pełnią one funkcję ekipy remontowej, ochroniarzy i logistyków mózgu. Dbają o równowagę chemiczną, dostarczają składniki odżywcze i reagują na każdy sygnał alarmowy.
Gdy w mózgu dochodzi do uszkodzenia, astrocyty zazwyczaj tworzą wokół rany coś w rodzaju muru ochronnego, znanego jako blizna glejowa. Choć mur ten chroni zdrowe obszary przed rozprzestrzenianiem się stanu zapalnego, jednocześnie blokuje procesy regeneracyjne, uniemożliwiając odtworzenie utraconej sieci połączeń.
Przez długi czas uważano, że komórki te raz utracone z powodu urazu albo choroby autoimmunologicznej nie zostaną odtworzone, co oznacza permanentny ubytek, ponieważ dorosłe komórki nie potrafią odtworzyć zniszczonej sieci.
Naukowcy z Zurychu i Monachium postanowili sprawdzić, czy to prawda. Będąca efektem ich badań publikacja, została zamieszczona na łamach prestiżowego magazynu Nature Neuroscience.
Wielka przeprowadzka, czyli jak „wędrują” komórki
Wykorzystując zaawansowane mikroskopy pozwalające na podglądanie żywego mózgu (tzw. mikroskopia dwufotonowa), badacze zaobserwowali sceny, które przypominają filmy science-fiction. Komórki znajdujące się na obrzeżach uszkodzonego obszaru uczestniczyły bowiem w ponownym zasiedlaniu miejsca, w którym wcześniejsze astrocyty zostały zniszczone.
Co więcej, nie przemieszczały się do uszkodzonego obszaru w całości, ale wysyłały do niego nowo powstałe jądra swoich komórek potomnych. Jądra pokonały znaczne odległości, a następnie uczestniczyły w odbudowie sieci astrocytów.
Zamiast budować mur, komórki zaczęły wyciągać długie, smukłe „ramiona” w stronę pustego miejsca, niczym badacze badający nieznany teren. Jądra nowo powstałych komórek dosłownie „przeciskały się” przez te wąskie ramiona, wędrując na znaczne odległości, by zająć opuszczone terytoria.
Czytaj też: Mózg człowieka osiąga dorosłość znacznie później, niż myśleliśmy
Ruch ten nie był płynny – przypominał raczej skoki. Jądro zmieniało kształt na bardziej wydłużony, aby przecisnąć się przez ciasne struktury, a po dotarciu na miejsce odzyskiwało swój owalny kształt. To niezwykłe zjawisko pozwoliło na całkowite zapełnienie luki w ciągu zaledwie kilku tygodni.
Dlaczego udar blokuje naprawę?
Badacze zadali sobie kluczowe pytanie: dlaczego ta spektakularna regeneracja nie zachodzi po udarze mózgu? Aby to sprawdzić, porównali swój model „czystej” utraty astrocytów z modelem udaru.
Wyniki były jednoznaczne: w przypadku udaru, choć komórki również próbują się dzielić, ich zdolność do wędrówki jądra jest drastycznie ograniczona. Zamiast wysyłać „posiłki” do wnętrza rany, astrocyty skupiają się jednak na budowie bariery.
Wygląda na to, że proces bliznowacenia, choć ewolucyjnie korzystny w ochronie mózgu, jest największym hamulcem dla biologicznej odbudowy. Kiedy jednak uda się uniknąć tworzenia tej bariery, astrocyty pokazują swoją prawdziwą, elastyczną naturę.
Genetyczny program przebudowy
Dzięki nowoczesnym technikom, badania aktywności genów, naukowcy odkryli, że wędrujące astrocyty tymczasowo „przeprogramowują” swoje DNA. Włączają one zestawy instrukcji, które normalnie są aktywne tylko w bardzo wczesnym dzieciństwie, gdy nasz mózg dopiero się kształtuje.
Te geny pozwalają komórkom na zmianę kształtu i budowę nowych elementów „rusztowania”, które umożliwia ruch. Co ciekawe, gdy tylko luka zostaje zapełniona, astrocyty wyłączają te programy i powracają do swojego spokojnego, stabilnego stanu.
To pokazuje, że dojrzałe komórki mózgu nie tracą swojej „plastyczności” na zawsze – one po prostu czekają na odpowiedni sygnał, by go użyć.
Od myszy do człowieka
Czy to odkrycie ma znaczenie dla nas, ludzi? Wszystko wskazuje na to, że tak. Zespół badawczy przeanalizował próbki tkanek pacjentów cierpiących na NMOSD (zespół Devica) – rzadką chorobę autoimmunologiczną, w której układ odpornościowy selektywnie atakuje właśnie astrocyty.
W ludzkich mózgach dotkniętych tą chorobą zaobserwowano te same cechy, co u myszy: astrocyty z wieloma jądrami, o wydłużonych kształtach, próbujące „zasiedlić” zniszczone obszary. To sugeruje, że mechanizm regeneracji odkryty w laboratorium jest obecny również w naszych głowach.
Co to oznacza dla przyszłości medycyny?
Choć badania te są na etapie podstawowym, otwierają drzwi do fascynujących możliwości terapeutycznych. Jeśli naukowcy zrozumieją, jakie sygnały chemiczne powstrzymują astrocyty przed budowaniem blizny, a zachęcają je do wędrowania i odbudowy swojej liczebności na danym “terenie”, możliwe będzie projektowanie leków wspomagających powrót do zdrowia po udarach czy urazach kręgosłupa.
Autorzy badania, zespół naukowy pod kierownictwem prof. Bruno Webera z Uniwersytetu w Zurychu mówią:
Nasze odkrycia pokazują niezwykłą plastyczność dojrzałych astrocytów i dają nadzieję na nowe strategie leczenia chorób neurologicznych. Wygląda na to, że nasz mózg ma w sobie uśpioną ekipę budowlaną o niesamowitych zdolnościach. Teraz zadaniem nauki jest zrozumienie, jak dać jej zielone światło do pracy przy skutecznym naprawianiu uszkodzonej tkanki mózgowej.
