Znajdź zawartość

Uszkodzenie rdzenia kręgowego często kończy się paraliżem. W ostatnich latach naukowcy próbują wykorzystywać komórki macierzyste do naprawy i zastąpienia uszkodzonych komórek nerwowych. Tutaj jednak pojawia się wiele problemów, w tym problem z mieliną, substancją izolującą proteiny i lipidy, która pomaga w przekazywaniu impulsów nerwowych w zdrowych dorosłych włóknach, ale jednocześnie powstrzymuje wzrost nowych neuronów. W najnowszym numerze Science Translational Medicine naukowcy z Uniwersytetu Kalifornijskiego w San Diego poinformowali, że u dorosłych szczurów mielina pomagała we wzroście aksonów w komórkach prekursorowych neuronów (NPC) oraz indukowanych pluripotencjalnych neuronalnych komórek macierzystych. "To naprawdę ważne odkrycie, bo mielina jest silnym inhibitorem regeneracji aksonów w dojrzałych komórkach. Okazuje się jednak, że w komórkach prekursorowych i indukowanych pluripotencjalnych komórkach macierzystych nie ma takiego działania", mówi główny autor badań, profesor Mark Tuszynski z UC San Diego. Uczony, wraz z kolegami z Niemiec i Singapuru, najpierw obserwował wzrost komórek umieszczonych w szalkach Petriego na substracie z mieliny. Gdy dały one dobre wyniki, wykorzystano szczury z uszkodzonym rdzeniem kręgowym i po podaniu im wspomnianych komórek zaobserwowali, że w istocie białej pojawiło się więcej aksonów niż w istocie szarej, a ich wzrost był preferencyjnie powiązany z obecnością mieliny. Gdy z mieliny usunięto niektóre molekuły, o których wiadomo, że silnie powstrzymują rozwój aksonów, udało się zidentyfikować molekułę, nazwaną regulatorem ponownego wzrostu neuronów 1 (reneuronal growth regulator 1), Negr1, która wydaje się działać pomiędzy mieliną a aksonami, pozwalając na wzrost aksonów. Wydaje się, że molekuła ta odgrywa znaczącą rolę podczas rozwoju embrionalnego, gdy bardzo szybko zwiększa się liczba neuronów, ale zanim jeszcze mielina zaczyna wywierać swój hamujący wpływ. Gdy w miejscu uszkodzenia rdzenia kręgowego wstrzyknęliśmy neuronalne komórki macierzyste, pojawiły się tysiące nowych aksonów, które rozprzestrzeniły się na odległość do 50 milimetrów. Z drugiej strony, gdy dorosłe aksony pobudziliśmy do wzrostu, pojawiło się zaledwie 100 aksonów na odległości jednego milimetra. To pokazuje, dlaczego aksony z komórek macierzystych są znacznie lepsze w naprawie uszkodzeń niż znajdujące się na miejscu uszkodzenia dorosłe aksony, dodaje profesor Tuszyński. « powrót do artykułu

Choroby demielinizacyjne, np. stwardnienie rozsiane, prowadzą do uszkodzenia osłonek mielinowych nerwów. Utrudnia to przewodzenie sygnału, przez co pojawiają się zaburzenia ruchu, czucia itp. Naukowcy z California Institute of Technology (Caltech) opracowali terapię genową, która wzmaga tworzenie nowych oligodendrocytów, czyli komórek wytwarzających mielinę, z komórek macierzystych i progenitorowych mózgu. Nową terapię przetestowano na mysim modelu stwardnienia rozsianego. Zespół doktora Benjamina Devermana wykorzystał czynnik hamujący białaczkę (ang. leukemia inhibitory factor, LIF), cytokinę wpływającą na różnicowanie i namnażanie różnych komórek i ograniczającą atakowanie mieliny przez komórki układu odpornościowego. Wg akademików, LIF umożliwia remielinizację przez stymulowanie komórek progenitorowych oligodendrocytów do namnażania i różnicowania się w oligodendrocyty. Mózg co prawda potrafi wytwarzać oligodendrocyty, ale często jego reakcja na demielinizację nie jest wystarczająco silna. Badacze wątpili w skuteczność pojedynczego czynnika [...]. Sądzono, że trzeba posłużyć się czynnikami stymulującymi podział i ekspansję populacji progenitorowej, a później dodać kolejne czynniki kierujące przekształceniem w dojrzałe komórki produkujące mielinę. Kiedy jednak w ramach naszego eksperymentu zastosowaliśmy terapię wyłącznie LIF, stymulował on zarówno namnażanie komórek progenitorowych, jak i różnicowanie w dojrzałe oligodendrocyty. Gdy już pobudzono podział komórek progenitorowych, nie trzeba było ich instruować, co mają robić. Same wiedziały, czego organizm potrzebuje. Mózgowy poziom oligodendrocytów wzrósł do widywanego u zdrowych osobników. Ekipa z Caltechu podkreśla, że podawanie LIF bezpośrednio do mózgu pozwala uniknąć efektów ubocznych leczenia w formie kroplówek czy dożylnych iniekcji. Deverman uważa, że nową metodę można by wykorzystać w przypadku pacjentów po urazach rdzenia, u których aksony ocalałych neuronów również przechodzą demielinizację. W najbliższej przyszłości Amerykanie chcą ulepszyć wirusy dostarczające gen LIF. Zawsze istnieje bowiem obawa, że wirus nie trafi we właściwe miejsce albo że nie będzie można kontrolować ilości powstającej glikoproteiny - wyjaśnia Paul Patterson. Obecne metody leczenia stwardnienia rozsianego polegają na modulowaniu i tłumieniu układu odpornościowego. O ile jednak obniża to prawdopodobieństwo nawrotu, nie pomaga w odtworzeniu osłonek mielinowych. W przypadku metody z Caltechu regeneracja następuje.

Zanieczyszczenie środowiska akroleiną, aldehydem, który wykazuje dość silne właściwości rakotwórcze, może się także przyczyniać do wystąpienia stwardnienia rozsianego (SR). Na szczęście naukowcy z Purdue University zauważyli, że śmierci neuronów można zapobiec, podając lek na nadciśnienie – hydralazynę. Podczas studium Amerykanie zauważyli, że w tkankach rdzenia kręgowego myszy z chorobą przypominającą stwardnienie rozsiane stężenie akroleiny było podwyższone o ok. 60%. Prof. Riyi Shi zaznacza, że uzyskane przez jego zespół wyniki stanowią pierwszy konkretny dowód laboratoryjny na związek między aldehydem jako neurotoksyną a stwardnieniem rozsianym. Dopiero ostatnio naukowcy zaczęli dostrzegać szczegóły oddziaływania akroleiny na ludzki organizm. My analizujemy jej wpływ na ośrodkowy układ nerwowy i to zarówno w przypadku urazów, jak i chorób neurodegeneracyjnych, takich jak stwardnienie rozsiane. Akroleina znajduje się m.in. w samochodowych spalinach i dymie tytoniowym. Powstaje także w organizmie po uszkodzeniu neuronów. Wcześniejsze badania tego samego zespołu sugerowały, że obumieraniu komórek nerwowych pod wpływem aldehydu akrylowego można zapobiec właśnie za pomocą wspomnianej wyżej hydralazyny. Najnowsze studium pokazało, że u myszy hydralazyna opóźnia początek stwardnienia rozsianego, zmniejsza też nasilenie objawów, neutralizując akroleinę. Leczenie nie wywołuje u myszy żadnych poważnych efektów ubocznych. Doza, którą stosowaliśmy u zwierząt, jest kilkakrotnie niższa od standardowego dawkowania doustnego u dzieci. Biorąc zatem pod uwagę skuteczność hydralazyny w wiązaniu akroleiny już przy tak niskich stężeniach, spodziewamy się, że nasze studium doprowadzi do opracowania nowych metod terapii neuroochronnej dla pacjentów z SR, które można by szybko zastosować w warunkach klinicznych. Shi tłumaczy, że w przebiegu SR to najprawdopodobniej akroleina odpowiada za zniszczenie otoczek mielinowych wokół wypustek komórek nerwowych. Gdyby więc można było zablokować ten efekt, udałoby się opóźnić początek choroby i złagodzić jej objawy. Poza tym Amerykanie ustalili, że akroleina uruchamia produkcję wolnych rodników, przyczyniających się do dalszych uszkodzeń. Na szczęście po podaniu hydralazyny stężenie aldehydu spada o połowę.

Badacze ze Szpitala Uniwersyteckiego w Zurychu przeprowadzili eksperymenty na myszach i stwierdzili, że białko prionowe, o którym tak dużo się mówi w kontekście choroby Creutzfeldta-Jakoba, odgrywa ważną rolę w utrzymywaniu w dobrym stanie osłonek mielinowych włókien nerwowych (Nature Neuroscience). Szwajcarzy uważają, że brak białka prionowego (PrPC) powoduje choroby obwodowego układu nerwowego. Jeden z ekspertów posunął się nawet do twierdzenia, że białka prionowe w normalnej konformacji pełnią w organizmie wiele istotnych funkcji. Już w ramach wcześniejszych badań sugerowano bowiem, że mogą nas one chronić przed chorobą Alzheimera – do takich wniosków doszedł w 2007 r. prof. Nigel Hooper z Uniwersytetu w Leeds - oraz wiązać się ze zmysłem powonienia. Specjaliści ze szpitala w Zurychu wyhodowali myszy ze zmniejszoną ilością PrPC w organizmie. Choć wiadomo, że zwierzęta takie są odporniejsze na pasażowalne encefalopatie gąbczaste, na późniejszych etapach życia występuje u nich wiele anomalii dotyczących obwodowego układu nerwowego oraz otoczek mielinowych włókien nerwowych. Szwajcarzy sprawdzali, jak wpłynie usunięcie PrPC na same komórki nerwowe oraz na komórki Schwanna, które tworzą wzdłuż aksonów osłonkę mielinową. Okazało się, że kiedy eliminowano białka prionowe z komórek Schwanna, nic się działo, lecz gdy powtarzano ten sam zabieg na neuronach, prowadziło to do rozkładu mieliny i ich degeneracji. Choć odkrycie wydaje się przełomowe, na razie badacze przestrzegają przed pochopnym typowaniem chorób obwodowego układu nerwowego, które można by porównać do modelu mysiego.

Badacze z University of Wisconsin-Madison zauważyli, że u kotów dochodzi do regeneracji mieliny do tego stopnia, iż zwierzęta z uszkodzonym układem nerwowym potrafią normalnie funkcjonować. Ian Duncan, który specjalizuje się w badaniach mieliny, stwierdził: Głównym odkryciem naszego studium było udowodnienie, że remielinizacja może prowadzić do wyzdrowienia z poważnych urazów neurologicznych. Oznacza to, że centralny układ nerwowy potrafi sam się leczyć. Poznanie mechanizmu kociej remielinizacji może w przyszłości doprowadzić do opracowania sposobu leczenia poważnych chorób neurologicznych wiążących się z zanikiem mieliny. Pod warunkiem wszakże, iż choroba nie prowadzi do uszkodzenia samych nerwów. Mielina to tłuszczowa otoczka porastająca aksony. Ułatwia ona przewodzenie sygnałów, a jej utrata prowadzi do poważnych zaburzeń zmysłów, układów ruchowych czy poznawczych. Odkrycia niezwykłych właściwości kociego układu nerwowego dokonano przy okazji badań nad rozwojem kotów. Gdy zwierzętom podawano napromieniowany pokarm, u niektórych z nich doszło do zaburzeń układu ruchowego, ślepoty i paraliżu. Po odstawieniu szkodliwej diety koty powoli wracały do zdrowia i po jakimś czasie odzyskały utracone funkcje. Napromieniowane pożywienie podawano ciężarnym kotkom przez trzy do czterech miesięcy. W tym czasie zaczęły rozwijać się poważne choroby neurologiczne. Dalsze badania wykazały, że były one związane z zanikiem mieliny. Podobne efekty można obserwować u ludzi, u których mielina zanika. Skoro jednak później się odbudowała, oznacza to, że układ nerwowy może się naprawiać, co daje nadzieję na leczenie ludzi.

Najnowsze badania sugerują, że o inteligencji człowieka decyduje mielina, czyli istota biała pokrywająca aksony. Co więcej, jej jakość jest w dużej mierze determinowana genetycznie, co oznacza, że inteligencja jest częściowo dziedziczona. Mielina działa jak izolacja w kablu elektrycznym, nie dopuszcza do wycieku sygnałów elektrycznych i przyspiesza ich podróż. Im ma ona lepszą jakość, tym szybciej wędrują sygnały. Badania jakości mieliny można przeprowadzić za pomocą stosunkowo nowej technologii obrazowania tensora dyfuzji (DTI). Paul Thompson i jego zespół z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Los Angeles przeprowadzili skany DTI mózgów 92 par bliźniąt jedno- i dwujajowych. Znaleźli dowody na silną korelację pomiędzy jakością białej materii a wynikami w standardowych testach na inteligencję. Wyniki zespołu z UCLA chwalą inni eksperci, którzy przyznają, że być może znaleziono odpowiedź na pytanie o to, co ma decydujący wpływ na inteligencję. Specjaliści mówią, że należy uważniej przyjrzeć się białej materii, gdyż dotychczas interesowano się przede wszystkim szarą. Tym bardziej, że wcześniejsze skany DTI wykazały uszkodzenia białej materii u osób z chorobą Alzheimera, chronicznych alkoholików czy tych, które doświadczyły urazów mózgu. Badania na bliźniętach wykazały, że jakość białej materii jest w dużej mierze zdeterminowana genetycznie, chociaż stopień wpływu genów jest różny w zależności od obszaru mózgu. Na przykład wydaje się iż genetyka w 85% procentach decyduje o jakości mieliny w płacie ciemieniowym, odpowiedzialnym m.in. za przetwarzanie zadań matematycznych, logicznych i zdolności wzrokowo ruchowe, podczas gdy w przypadku płata skroniowego, odgrywającego główną rolę w uczeniu się i pamięci, wpływ genów oszacowano na 45%. Amerykańscy uczeni poszukiwali też genu, który może być odpowiedzialny za jakość mieliny. Prawdopodobnie jest nim gen BDNF kodujący białko o tej samej nazwie.

Naukowcy z amerykańskiego szpitala Mayo Clinic donoszą o odkryciu mechanizmu rozwoju choroby Devica, tajemniczego schorzenia mylonego często ze stwardnieniem rozsianym. Zaproponowano także terapię, która może pomóc osobom cierpiącym na tę przypadłość. Choroba Devica, zwana także jako zapalenie rdzenia kręgowego i nerwu wzrokowego (łac. neuromyelitis optica - NMO), swoim przebiegiem przypomina stwardnienie rozsiane. Oba schorzenia rozwijają się w wyniku autoagresji, czyli odpowiedzi immunologicznej organizmu skierowanej przeciwko własnym tkankom. W przypadku NMO może to prowadzić do szybko postępującej utraty wzroku oraz kontroli nad organami wewnętrznymi. W przeciwieństwie do stwardnienia rozsianego, w przypadku choroby Devica ustalono pojedynczy rodzaj białka odpowiedzialnego za rozwój schorzenia. Cząsteczka ta należy do tzw. przeciwciał (immunoglobulin) klasy G. Choć obecność tego białka zaobserwowano we krwi chorych już dawno, dotychczas nieznany był mechanizm rozwoju schorzenia. Prowadzony przez dr Vandę Lennon zespół ustalił, że produkcja autoagresywnego przeciwciała upośledza metabolizm glutaminianu - jednego z neurotransmiterów, czyli substancji służących jako nośnik informacji w układzie nerwowym. Wytwarzana immunoglobulina blokuje aktywnosć białka, które w zdrowo funcjonującym organizmie odpowiada za pobieranie nadmiaru glutaminianu gromadzącego się w przestrzeniach międzykomórkowych układu nerwowego. W efekcie dochodzi do zatrucia komórek odpowiedzialnych za produkcję mieliny - białka otaczającego neurony i zapewniającego im ochronę. Powoduje to stopniowe obumieranie neuronów, odpowiedzialne za objawy choroby Devica i stwardnienia rozsianego. Jeżeli obserwacje dokonane w warunkach laboratoryjnych potwierdzą się, istnieje duża szansa na opracowanie skutecznej terapii schorzenia. Autorzy odkrycia wierzą, że leki z grupy tzw. blokerów glutaminianu umożliwią ograniczenie rozwoju choroby lub całkowite jej powstrzymanie. Podobna strategia jest już stosowana w ramach testów klinicznych m.in. na pacjentach cierpiących z powodu choroby Lou Gehriga oraz choroby Huntingtona.

Efekty wrodzonego uszkodzenia mózgu u myszy można odwrócić, podając im ludzkie komórki blisko spokrewnione z komórkami macierzystymi - donoszą badacze z amerykańskiego Rochester Medical Center (RMC). Wprowadzenie komórek od człowieka pozwoliło mysim neuronom na odbudowanie brakującej otoczki, zbudowanej z mieliny - lipidowej warstwy, umożliwiającej prawidłowy przepływ impulsów elektrycznych w obrębie układu nerwowego. Obiektem badań Amerykanów były myszy, u których doprowadzono do upośledzenia produkcji mieliny. Zwierzęta tego typu służą jako model osób chorych na stwardnienie rozsianego (MS, od ang. Multiple Sclerosis)- nieuleczalną obecnie chorobę, w której również dochodzi do degeneracji tej osłonki. Zwierzęta wykazujące symptomy SM określane są jako "shiverer" (ang. "drżące"). Ciepią one na poważne zaburzenia koordynacji ruchowej oraz drżenie mieśni wywołane niezdolnością układu nerwowego do koordynacji ich pracy. Zwierzęta tego typu zdychają zwykle po kilku miesiącach życia. W przeszłości kilkakrotnie próbowano przenosić ludzkie komórki macierzyste od człowieka do mysiego mózgu z nadzieją odtworzenia osłonek mielinowych, lecz eksperymenty te kończyły się niepowodzeniem. Tym razem badacze zmienili nieco sposób podawania przeszczepu - postanowili wszczepić do mózgu tzw. komórki progenitorowe. Jest to specyficzny typ komórek podobnych do komórek macierzystych, lecz "ukierunkowanych" w taki sposób, że w naturalnych warunkach mogą zostać transformowane wyłącznie do jednego lub kilku typów komórek dojrzałych (w tym przypadku były to komórki progenitorowe gleju - tkanki, której zadaniem jest wspomaganie prawidłowego rozwoju neuronów). Aby podnieść skuteczność procedury, badacze postanowili zastosować wielokrotne wszczepianie komórek w różne rejony mózgu, dzięki czemu oczekiwali poprawy rezultatów w porównaniu do poprzednich prób. Zastosowanie nowej metody okazało się bardzo pomocne w osiągnięciu oczekiwanywch wyników. Ludzkie komórki progenitorowe "przyjęły się" w wielu miejscach centralnego układu nerwowego i rozpoczęły proces mielinizacji uszkodzonych neuronów biorcy przeszczepu. Dodatkowo wykazano, że część zwierząt prezentowała dzięki nowatorskiej terapii poprawę w zakresie funkcji układu nerwowego, zaś niektóre najprawdopodobniej wyleczono całkowicie. Dla porównania, wszystkie "drżące" myszy niepoddane interwencji zdechły w ciągu maksymalnie pięciu miesięcy. Eksperyment naukowców z RMC jest prawdopodobnie pierwszą na świecie skuteczną terapią choroby demielinizacyjnej z użyciem komórek macierzystych lub progenitorowych, na dodatek pochodzących od innego gatunku. Choć badacze zastrzegają, że wyniki badania są wciąż mało pewne, uważają tę metodę terapii za skuteczną, bezpieczną i obiecującą na przyszłość. Odwrócenie procesu demielinizacji jest prawdopodobnie jedyną metodą, która mogłaby pozwolić na przywrócenie sprawności chorym na MS, dotykające około jedną na tysiąc osób. Wyniki badań opublikowano w najnowszym numerze czasopisma Cell Stem Cell.