Uszkodzenia rdzenia kręgowego i mózgu należą do najtrudniejszych wyzwań współczesnej neurologii. Przez dekady uważano, że raz utracona zdolność neuronów ośrodkowego układu nerwowego do regeneracji praktycznie uniemożliwia odbudowę połączeń odpowiedzialnych za ruch. Nowe badanie naukowców z Uniwersytetu Cambridge sugeruje jednak, że ten biologiczny dogmat może wymagać rewizji. Zespół badaczy stworzył laboratoryjny model połączonego mózgu i rdzenia kręgowego, pokazując, że mechanizmy blokujące odrost włókien nerwowych mogą być częściowo odwracalne.
Z tego artykułu dowiesz się…
- Dlaczego naukowcy zaczynają podważać przekonanie, że uszkodzenia mózgu i rdzenia kręgowego są nieodwracalne
- Jak działają organoidy mózgu i rdzenia kręgowego oraz dlaczego mogą zmienić badania neurologiczne
- W jaki sposób badacze odkryli genetyczny mechanizm blokujący regenerację aksonów
- Dlaczego lek hormonalny lynestrenol może otworzyć nowe kierunki leczenia urazów neurologicznych
Dlaczego uszkodzenia mózgu i rdzenia kręgowego są tak trudne do leczenia?
Prawidłowe funkcjonowanie ruchowe człowieka zależy od nieustannej komunikacji pomiędzy mózgiem, a rdzeniem kręgowym. Za przesyłanie informacji odpowiadają aksony – długie wypustki neuronów działające jak biologiczne przewody. Problem pojawia się w momencie urazu. W przeciwieństwie do wielu innych tkanek organizmu neurony ośrodkowego układu nerwowego wraz z dojrzewaniem tracą zdolność efektywnej regeneracji. Oznacza to, że uszkodzenia powstałe w wyniku:
- urazów rdzenia kręgowego,
- choroby neuronu ruchowego,
- stwardnienia rozsianego,
- udarów mózgu i innych schorzeń neurologicznych,
często prowadzą do trwałych deficytów funkcjonalnych.
Od „minimózgów” do połączonego modelu mózg–rdzeń kręgowy
Badacze z Cambridge rozwijali tę technologię od kilku lat. Już wcześniej zespół dr. Andrása Lakatosa stworzył organoidy mózgowe – trójwymiarowe struktury uzyskane z ludzkich komórek macierzystych przypominające fragmenty rozwijającej się kory mózgowej. W nowym badaniu naukowcy poszli o krok dalej. Stworzyli:
- organoidy mózgowe,
- organoidy rdzenia kręgowego,
- system umożliwiający ich połączenie poprzez rosnące aksony.
W efekcie powstały funkcjonalne miniaturowe obwody nerwowe zdolne do przekazywania sygnałów. Co istotne, powstałe połączenia mogły nawet wywoływać skurcze małych skupisk mięśni, potwierdzając biologiczną aktywność układu.
Naukowcy określili moment utraty zdolności regeneracyjnych neuronów
Jednym z najważniejszych odkryć było wskazanie momentu, w którym neurony tracą zdolność skutecznego odrastania. Badacze hodowali układ neuronowy przez ponad rok i odkryli, że:
- do około 150. dnia rozwoju aksony nadal skutecznie regenerują się po uszkodzeniu,
- po tym okresie zdolność regeneracyjna gwałtownie spada.
George Gibbons, pierwszy autor badania, wyjaśnia:
Neurony pobrane z mniej dojrzałych organoidów odtworzyły długie włókna po urazie, ale neurony pobrane z bardziej dojrzałych organoidów wykazały gwałtowny spadek zdolności do regeneracji. Innymi słowy, słaba regeneracja jest wbudowana w ludzkie neurony w miarę ich dojrzewania w ośrodkowym układzie nerwowym.
Odkrycie to sugeruje, że utrata regeneracji nie wynika wyłącznie ze środowiska urazu, lecz jest częściowo zaprogramowana biologicznie.
Genetyczny „przełącznik” blokujący odrost aksonów
Analiza ekspresji genów pozwoliła zidentyfikować sieć regulatorów molekularnych działających niczym biologiczny przełącznik. Mechanizm ten:
- ogranicza wzrost aksonów,
- nasila dojrzewanie neuronów,
- promuje stabilizację połączeń synaptycznych kosztem regeneracji.
Najbardziej zaskakujące było jednak to, że zablokowanie kluczowych regulatorów tej sieci ponownie aktywowało zdolność neuronów do wzrostu. To pierwszy tak wyraźny dowód sugerujący, że mechanizmy odpowiedzialne za „nieodwracalność” uszkodzeń mogą być modyfikowalne.
Czy lek hormonalny może pomóc w regeneracji neuronów?
Poszukując praktycznych zastosowań odkrycia, badacze przeanalizowali istniejące bazy leków. Najbardziej obiecującym kandydatem okazał się lynestrenol – preparat hormonalny stosowany m.in. w leczeniu wybranych zaburzeń miesiączkowania oraz antykoncepcji. Eksperymenty wykazały, że:
- lek zwiększał odrost aksonów po uszkodzeniu,
- poprawiał regenerację uszkodzonych neuronów,
- wpływał na wcześniej zidentyfikowaną sieć regulatorową.
Dr András Lakatos podkreślił:
Lynestrenol sam w sobie może nie być rozwiązaniem problemu naprawy rdzenia kręgowego, ale pokazuje nam, że teoretycznie możliwe powinno być bezpośrednie oddziaływanie na ludzkie neurony i regeneracja ich aksonów.
Dlaczego organoidy mogą zmienić neurologię translacyjną?
Badacze zwracają uwagę, że dotychczasowa wiedza dotycząca regeneracji układu nerwowego opierała się głównie na modelach zwierzęcych. Problem polega na tym, że neurony gryzoni regenerują się inaczej niż neurony ludzkie. Dr Lakatos zaznaczył:
Wiele z tego, co wiemy o regeneracji nerwów, pochodzi od gryzoni, których neurony zachowują się inaczej niż neurony ludzkie. Nasze zaawansowane modele organoidów pomagają wypełnić lukę w wiedzy między modelami zwierzęcymi a tym, co obserwujemy u pacjentów.
Organoidy mogą więc stać się narzędziem umożliwiającym:
- dokładniejsze modelowanie chorób neurologicznych,
- szybsze testowanie terapii,
- ograniczenie wykorzystania zwierząt laboratoryjnych.
Czy regeneracja rdzenia kręgowego przestaje być science fiction?
Choć wyniki pozostają na etapie badań przedklinicznych, odkrycie ma istotne znaczenie koncepcyjne. Dr Lakatos podsumował:
Nasz model wyraźnie wskazuje, że blokada ta pojawia się w trakcie rozwoju i można ją odwrócić również na tym etapie/ Dodał również: Chociaż musimy jeszcze wykazać, że ta strategia pomoże również w odtworzeniu prawidłowych połączeń między komórkami mózgu i rdzenia kręgowego, daje nam to nadzieję, że pewnego dnia będziemy w stanie leczyć schorzenia, które wcześniej uważano za nieuleczalne.
Główne wnioski
- Naukowcy z Cambridge stworzyli funkcjonalny model połączonego mózgu i rdzenia kręgowego wykorzystujący organoidy wyhodowane z ludzkich komórek macierzystych, co umożliwiło odtworzenie połączeń neuronalnych odpowiedzialnych za ruch.
- Badanie wykazało, że do około 150. dnia rozwoju neuronów aksony zachowują zdolność regeneracji po uszkodzeniu, jednak później dochodzi do gwałtownego spadku możliwości odrostu.
- Badacze zidentyfikowali sieć genów działającą jak biologiczny „przełącznik”, który ogranicza regenerację aksonów, a jego modulacja pozwoliła ponownie uruchomić proces wzrostu włókien nerwowych.
- Testowany lek hormonalny lynestrenol przyspieszał regenerację uszkodzonych aksonów, sugerując, że farmakologiczne przywracanie zdolności naprawczych neuronów może być w przyszłości możliwe.
Źródło:
- https://www.cell.com/cell-reports/fulltext/S2211-1247(26)00477-8
- https://www.cam.ac.uk/research/news/lab-grown-brain-spinal-cord-model-shows-irreversible-nerve-damage-may-be-reversed
