Naukowcy odkryli nową, nieznaną wcześniej sieć połączeń w mózgu. Najnowsze badania przeprowadzone na myszach pokazały, że astrocyty, zwane też komórkami glejowymi, dotychczas uznawane za elementy drugoplanowe w funkcjonowaniu mózgu, tworzą własną, rozległą sieć połączeń. Odkrycie to wskazuje na złożoność komunikacji między różnymi obszarami mózgu i może mieć kluczowe znaczenie dla zrozumienia mechanizmów działania układu nerwowego, a także rozwoju i leczenia chorób neurodegeneracyjnych. Pracę na ten temat opublikowano w najnowszym numerze czasopisma "Nature".
- Najnowsze informacje z Polski i świata znajdziesz na stronie głównej RMF24.pl.
Dotychczasowy model funkcjonowania mózgu koncentrował się głównie na neuronach, które przekazują sobie sygnały, umożliwiając przetwarzanie i przekazywanie informacji. Neurony są jednak wspierane przez inne komórki, właśnie astrocyty, które dostarczają im składników odżywczych i usuwają produkty przemiany materii. Przez lata astrocyty były postrzegane tylko jako komórki pomocnicze, pełniące rolę swoistego "zaplecza technicznego" dla neuronów.
Nowe badania prowadzone przez zespół naukowców z New York University Langone Health wykazały jednak, że astrocyty nie są jedynie biernymi uczestnikami procesów zachodzących w mózgu. Okazuje się, że tworzą one własne, zorganizowane sieci, które pozwalają im komunikować się z innymi astrocytami, często znajdującymi się w odległych rejonach mózgu. Co więcej, potrafią nawet łączyć obszary mózgu, które nie komunikują się bezpośrednio przez sieci neuronalne.
Przez ponad sto lat neurobiolodzy uważali neurony za głównych aktorów w mózgu. Jednak nasze odkrycia sugerują, że astrocyty, które zazwyczaj postrzegane są jedynie jako komórki wspierające, również prowadzą własną, rozległą ścieżkę sygnalizacyjną, dodając kolejny poziom w jaki regiony mózgu pozostają ze sobą połączone - mówi główna autorka badania, dr Melissa Cooper z NYU Grossman School of Medicine.
We wcześniejszych badaniach dr Cooper ustaliła, że w modelu myszy z chorobą wzroku - jaskrą, astrocyty mogą przenosić część zasobów z tych otaczających zdrowe neurony do tych wokół uszkodzonych neuronów. Jednak zespół nie miał sposobu, by przekonać się, czy tego rodzaju powiązania rozciągają się na cały mózg. Najnowsze badanie jest pierwszym, które śledzi aktywne, obejmujące cały mózg sieci komunikacyjne zbudowane przez astrocyty i pokazuje, że te ścieżki są wysoce specyficzne. W tym celu badacze zaprojektowali nową metodę, która pozwoliła obserwować połączenia komórek z dużo większą szczegółowością niż wcześniej.
Autorzy pracy wykorzystali nieszkodliwego wirusa, aby dostarczyć do astrocytów w wybranych obszarach mózgu myszy laboratoryjnych specjalne znaczniki. Te znaczniki oznaczały małe cząsteczki, gdy przechodziły one przez maleńkie kanały zwane połączeniami szczelinowymi, które łączą jeden astrocyt z drugim, pozwalając zespołowi zobaczyć, które komórki należą do tej samej ścieżki sygnalizacyjnej. Następnie naukowcy wykorzystali metodę sprawiającą, że mózg staje się przezroczysty i z pomocą specjalistycznego mikroskopu zobrazowali trójwymiarowe połączenia każdego oznaczonego astrocytu. Powtórzenie takich eksperymentów na setkach myszy, pozwoliło zobrazować sieci połączeń astrocytów w różnych obszarach mózgu.
W dalszej części eksperymentu zespół przeanalizował również genetycznie zmodyfikowane myszy, których astrocyty nie miały połączeń szczelinowych. W takich przypadkach sieci komunikacyjne niemal całkowicie zanikały, co potwierdza, że dla ich funkcjonowania kluczowe są fizyczne połączenia między astrocytami. Jednym z najbardziej zaskakujących odkryć był fakt, że sieci astrocytów są dynamiczne i mogą się zmieniać w odpowiedzi na bodźce zewnętrzne. Gdy naukowcy przycięli wąsy po jednej stronie pyszczka myszy, sieć astrocytów w obszarze mózgu odpowiedzialnym za odbieranie bodźców dotykowych z tej części ciała uległa zmniejszeniu i tworzyła inne połączenia. Sugeruje to, że sieci te mogą być kształtowane przez doświadczenia i ulegać zmianom.
Fakt, że sieci astrocytów zmieniają przebieg po utracie sygnałów czuciowych sugeruje, że mogą być kształtowane przez doświadczenie. To może oznaczać, że każdy z nas ma unikatowy wzór połączeń ukształtowany przez to, czego nasze mózgi się nauczyły i przez co przeszły - dodaje współautor pracy, prof. Moses V. Chao z NYU Grossman School of Medicine.
Odkrycie, że astrocyty tworzą własne, rozległe i dynamiczne sieci komunikacyjne, otwiera nowe możliwości w badaniach nad rozwojem, starzeniem się i chorobami mózgu, takimi jak choroba Alzheimera czy Parkinsona. Naukowcy planują teraz zbadać, jakie cząsteczki są przekazywane przez te sieci oraz jak zmieniają się one w różnych zwierzęcych modelach chorób neurologicznych. Dalsze badania mają również na celu sprawdzenie, jak sieci astrocytów ewoluują podczas rozwoju i starzenia się organizmu.
Choć podobne połączenia szczelinowe astrocytów występują również w ludzkim mózgu, nie wiadomo jeszcze, czy sieci te łączą te same obszary i funkcjonują w taki sam sposób jak u myszy. Są jednak nadzieje, że odkrycie to może stanowić przełom w rozumieniu złożoności mózgu także u człowieka i przyczyni się do opracowania nowych strategii leczenia chorób neurodegeneracyjnych.