Znajdź zawartość

Usuwając złogi beta-amyloidu z opuszki węchowej myszy, można wyeliminować wczesny objaw choroby Alzheimera - utratę węchu. Wyniki badań naukowców ze Szkoły Medycznej Case Western University ukazały się w Journal of Neuroscience. Zespołowi Daniela Wessona udało się w ten sposób wykazać, że za utratą węchu stoi właśnie beta-amyloid. Dowody wskazują, że uprawnione jest wykorzystanie węchu do określenia, czy ktoś może zachorować na alzheimera [...]. Leczenie warto rozpocząć po zmianie czułości węchu, bez czekania na wystąpienie dalszych objawów, np. utraty pamięci. Monitorując węch, naukowcy będą w stanie stwierdzić, czy terapia działa. Rozumiejąc utratę węchu, zdobędziemy wskazówki, jak spowolnić chorobę. Amerykanie stwierdzili, że do utraty węchu u myszy prowadzi niewielka ilość beta-amyloidu. Złóg jest tak mały, że nie widać go na skanach. Na bardzo wczesnych etapach choroby Alzheimera białko o wadliwej konformacji gromadzi się w rejonach mózgu odpowiadających za węch, omijając na razie regiony regulujące funkcje poznawcze i koordynację. Najpierw opuszka węchowa staje się hiper-, a potem hipoaktywna, dlatego choć gryzonie spędzają dużo czasu na węszeniu, nie zapamiętują zapachów ani nie umieją ich odróżniać. W tym czasie reszta mysiego mózgu, w tym hipokamp, nadal działa normalnie. To pokazuje wyjątkową wrażliwość układu węchowego na zmiany typowe dla alzheimeryzmu. Ekipa Wessona zauważyła, że utratę węchu można odwrócić, podając myszom syntetycznego agonistę receptorów wątrobowych X (lek usuwający blaszki beta-amyloidu z mózgu). Po 2 tygodniach farmakoterapii węch zwierząt powrócił do normy. Tygodniowa przerwa w zażywaniu leku skutkowała ponownymi zaburzeniami powonienia. Obecnie zespół próbuje rozpracować, w jaki sposób amyloid rozsiewa się po mózgu. Wiedząc to, można by spowolnić chorobę.

Dieta ciężarnej nie tylko wyczula płód na określone zapachy i smaki, ale także fizycznie zmienia jego mózg. Jak można się domyślić, zmiana schematu rozwoju mózgu bezpośrednio wpływa na to, co dziecko będzie jadło i piło w przyszłości (Proceedings of the Royal Society B). Opisywane odkrycia podkreślają wagę przestrzegania zdrowej diety i powstrzymywania się od picia alkoholu w czasie ciąży i karmienia piersią. Jeśli matka pije alkohol, dla dziecka może on być bardziej pociągający, ponieważ rozwijający się płód spodziewa się, że wszystko, co pochodzi od matki, musi być bezpieczne – wyjaśnia dr Josephine Todrank z University of Colorado w Denver, autorka 2-letniego studium. Wszystko zależy więc od kobiety i jej nawyków żywieniowych. Gdy je zdrowo, jej potomstwo również będzie wykazywać takie preferencje. Podczas badań na myszach naukowcy zauważyli, że węch młodych zmieniał się pod wpływem sposobu odżywiania matki. Zaczynały one lubić zapachy związane z jej dietą. Towarzyszyły temu zmiany w budowie kłębuszków węchowych (węchomózgowia). Aksony komórek węchowych kończą się synapsami w opuszce węchowej. Na dendrytach komórek mitralnych tworzy się właśnie kłębuszek węchowy (łac. glomerulus olfactorius). W badanym przez zespół Todrank przypadku woń płynu owodniowego wpływała na rozwój opisywanego systemu. Podczas eksperymentu Todrank i dr Giora Heth z Uniwersytetu w Hajfie utworzyli 2 grupy ciężarnych, a następnie karmiących myszy: pierwszej podawano mdłe jedzenie, a drugiej pokarm o wyraźnym zapachu. W wieku odstawiania od piersi młode tych drugich miały znacznie większe glomerulus olfactorius. Poza tym wolały ten sam smak, którym delektowała się matka, podczas gdy inne nie wykazywały żadnych preferencji. Z punktu widzenia płodu wygląda to tak: jeśli matka coś jadła i przeżyła, by cię urodzić, najprawdopodobniej było to bezpieczne – opowiada Todrank. Wg niej, podobieństwa w rozwoju ssaków powodują, że nie ma powodów, by przypuszczać, że eksperymenty dałyby inne rezultaty u ludzi.

Choć wyczuwanie zapachu światła mogłoby się kojarzyć z doświadczeniami synestetyka, w rzeczywistości naukowcy zaprzęgli takie właśnie zjawisko do badania sposobów wykorzystywanych przez mózg do rozróżniania woni. Ponieważ zapachy są skomplikowane chemicznie, trudno wyodrębnić obwody neuronalne, które odpowiadają za ich detekcję czy rozróżnianie. Stąd pomysł na wykorzystanie optogenetyki. Prof. Venkatesh N. Murthy i jego zespół z Uniwersytetu Harvarda oraz Cold Spring Harbor Laboratory wbudował aktywowane przez światło kanały jonowe ChR (od ang. channelrhodopsin) w obwodową część węchomózgowia myszy. W ten sposób wyhodowano zwierzęta, u których szlaki węchowe są aktywowane przez światło, a nie przez bodźce zapachowe. Akademicy wykorzystali ChR, ponieważ w ich skład wchodzi cząsteczka retinalu. Ma ona zdolność absorbowania światła i pod jego wpływem zmienia konformację przestrzenną. Murthy podkreśla, że z pozoru członkowie jego zespołu zachowali się antyintuicyjnie. W rzeczywistości jednak odseparowanie poszczególnych wzorców aktywacji mózgu pod wpływem zapachów byłoby niezwykle trudne, jeśli nie niemożliwe, ponieważ wonie są bardzo zróżnicowane i niekiedy wyjątkowo subtelne. Zapytaliśmy więc: co by było, gdybyśmy sprawili, by nos działał jak siatkówka? Dzięki optogenetyce naukowcy mogli scharakteryzować wzorce aktywacji w opuszce węchowej, czyli rejonie otrzymującym informacje bezpośrednio z receptorów nosa. Jako że świetlne dane wejściowe można łatwo kontrolować, Amerykanie przeprowadzili serię eksperymentów ze stymulacją konkretnych neuronów czuciowych. Pierwsze pytanie dotyczyło organizacji przetwarzania oraz tego, jak podobne dane wejściowe są przetwarzane przez sąsiadujące komórki mózgu. Okazało się jednak, że organizacja przestrzenna informacji węchowej w mózgu nie wyjaśnia w pełni naszej zdolności wyczuwania zapachów. Istotna wydaje się również organizacja czasowa. Studium zespołu Murthy'ego pozwala w pewnym stopniu wyjaśnić, jaką rolę w postrzeganiu woni odgrywa timing.

U osób ze schizofrenią, depresją i chorobą afektywną sezonową (zwaną potocznie depresją sezonową) dochodzi do upośledzenia węchu. Badania zespołu ze Szkoły Medycznej Uniwersytetu Drezdeńskiego wykazały, że powodem jest zmniejszenie obszaru mózgu odpowiedzialnego za ten zmysł. Niemieccy naukowcy zebrali grupę 21 pacjentów z głęboką depresją i równoliczną grupę kontrolną, dopasowaną pod względem wieku, płci i ewentualnego palenia papierosów. Wszystkich ochotników wystawiano na oddziaływanie związku chemicznego o delikatnej woni, którego stężenie stopniowo zwiększano aż do momentu, kiedy ludzie sygnalizowali, że mogą go wyczuć. Za pomocą rezonansu magnetycznego akademicy zmierzyli też opuszki węchowe – wielowarstwowe ośrodki położone tuż poniżej płatów czołowych (w przednim dole czaszki na blaszce sitowej kości sitowej), do których przesyłane są sygnały z receptorów. Okazało się, że osoby bez depresji reagowały na dużo niższe stężenia substancji zapachowej, poza tym chorzy mieli znacznie, bo średnio o ok. 15% mniejsze opuszki węchowe. Ekipa Thomasa Hummla ustaliła też pewną prawidłowość: im głębsza depresja, tym mniejsza buławka węchowa. Opisany efekt występował bez względu na to, czy pacjent przyjmował leki przeciwdepresyjne, czy nie. Niemcy uważają, że depresja upośledza proces powstawania nowych komórek nerwowych w opuszkach węchowych. Już wcześniej wiadomo było, że w jej przebiegu dochodzi do osłabienia neurogenezy w obrębie hipokampa, czyli rejonu mózgu odpowiedzialnego za pamięć i uczenie, a we krwi pacjentów często stwierdza się spadek poziomu istotnego dla tego procesu neurotropowego czynnika pochodzenia mózgowego (ang. brain-derived neurotrophic factor, BDNF). Hummel podkreśla, że objętość opuszki będzie można w przyszłości wykorzystywać jako obiektywną miarę tzw. ostrego epizodu dużej depresji.

Myszy są zwierzętami powszechnie wykorzystywanymi w eksperymentach naukowych. Specjaliści porównują uzyskiwane wyniki, okazuje się jednak, że w niektórych okolicznościach mogą to być zabiegi nieuprawnione, gdyż zmiana klatki już w ciągu jednego eksperymentu zmienia fizycznie mózg tych gryzoni (PLoS One). Zakładamy, że wszystkie wykorzystywane w laboratoriach myszy są takie same, a to nieprawda. Kiedy zmieniamy klatki, zmienia się też mózg, a to, oczywiście, wpływa na rezultaty eksperymentu – opowiada Diego Restrepo z University of Colorado w Denver. Amerykanie ustalili, że mózg myszy jest ekstremalnie uwrażliwiony na środowisko. Ulegnie np. fizycznemu przekształceniu, gdy "przeprowadzi się" gryzonie z klatki ze swobodnym obiegiem powietrza do wybiegu z ograniczonymi możliwościami w tym zakresie. Zmianie ulegie zwłaszcza rejon związany z czułym powonieniem myszy – opuszka węchowa. Po zmianie pomieszczenia Restrepo zauważył też znaczne zmiany w poziomie agresji. Oznacza to, że dwa laboratoria prowadzące dokładnie ten sam eksperyment uzyskają, nawet nie wiedząc dlaczego, zupełnie inne wyniki. To może wyjaśnić kłopoty z replikowaniem odkryć dokonanych w innych laboratoriach i wytłumaczyć, czemu poszczególne ośrodki publikują sprzeczne dane, choć wykorzystują w eksperymentach identyczne genetycznie myszy. Restrepo ubolewa, że zjawisko to mogło doprowadzić do porzucenia wartych zachodu badań. Ma też nadzieję, że inni podążą jego tropem i pomogą ustalić zakres problemu i sposoby jego przezwyciężania.

Dieta bogata w wysokie dawki nienasyconych kwasów tłuszczowych oraz przeciwutleniaczy z grupy polifenoli może stymulować powstawanie nowych neuronów w mózgu - udowodnił zespół prof. Mercedes Unzety z Uniwersytetu Autonomicznego w Barcelonie. Niewykluczone, że badany sposób odżywiania może także blokować lub spowalniać rozwój choroby Alzheimera. Naukowcy z Katalonii testowali na myszach działanie mieszanki zawierającej m.in. suszone owoce i orzechy, błonnik oraz oleje roślinne bogate w nienasycone kwasy tłuszczowe. Pokarm stworzono zgodnie z zasadami LMN - opatentowanej diety stworzonej w oparciu o doniesienia naukowe dotyczące wpływu żywności na zdrowie i długość życia. Z opublikowanych dotychczas danych wynika, że stosowanie LMN pozwala m.in. na obniżenie poziomu cholesterolu we krwi oraz ciśnienia tętniczego. Ponieważ zawyżenie obu tych parametrów wiąże się ze wzrostem ryzyka choroby Alzheimera, badacze postanowili sprawdzić, czy odpowiednia forma odżywiania może zmniejszyć prawdopodobieństwo zapadnięcia na to schorzenie. Autorzy studium chcieli także sprawdzić, czy można w ten sposób pobudzić neurogenezę, czyli powstawanie nowych neuronów, u dorosłych myszy. Do przeprowadzenia eksperymentu wykorzystano dwie grupy myszy. Zwierzęta z pierwszej z nich karmiono zgodnie z zasadami LMN, z drugiej zaś - typową karmą, zapewniającą realizację zapotrzebowania na najważniejsze składniki odżywcze. Po trwającym 40 dni (odpowiednik 5 lat życia u ludzi) doświadczeniu ciała zwierząt analizowano w poszukiwaniu komórek macierzystych oraz nowych dojrzałych neuronów w poszczególnych częściach mózgu. Jak wykazała analiza mysich mózgów, zwierzęta karmione zgodnie z opatentowaną formułą wytwarzały znacznie więcej komórek macierzystych oraz młodych dojrzałych neuronów hipokampu oraz opuszki węchowej. Co więcej, myszy karmione zgodnie z zasadami LMN znacznie lepiej radziły sobie z uszkodzeniami wywołanymi przez nadmiar wolnych rodników tlenowych oraz wszczepianie amyloidu beta - białka, którego złogi są bezpośrednią przyczyną objawów choroby Alzheimera. Wyniki przeprowadzonych badań nie pozostawiają złudzeń, że stosowanie diety bogatej w przeciwutleniacze i nienasycone kwasy tłuszczowe może poprawić funkcjonowanie układu nerwowego. Oryginalna receptura diety LMN jest co prawda chroniona patentem, lecz należące do niej produkty są przecież łatwo dostępne, więc nic nie stoi na przeszkodzie, by zwiększyć ich udział w diecie. Na zdrowie!

Białko odpowiedzialne za rozwój choroby Creutzfelda-Jakoba bierze naturalnie udział w interpretacji bodźców węchowych - twierdzą badacze z Columbia University. Ich zdaniem, odkrycie pozwala na lepsze zrozumienie rozwoju opisywanego schorzenia oraz podjęcie prób leczenia niektórych jego objawów. Proteina, o której mowa, zwana jest komórkową formą białka prionowego (ang. prion protein, cellular form - PRPc). Przez wiele lat jej rola pozostawała dla badaczy tajemnicą, zaś sławna stała się dopiero wtedy, gdy udowodniono jej udział w rozwoju choroby Creutzfelda-Jakoba (ang. Creutzfeld-Jakob Disease - CJD). Od pewnego czasu wiadomo było, że cząsteczka ta działa w mózgu prawidłowo, dopóki nie wejdzie w kontakt z prionem - molekułą tego samego białka wykazującą nieprawidłową strukturę przestrzenną, opisywaną jako PRPsc (skrót "sc" pochodzi od "scrappie" - nazwy bardzo choroby prionowej występującej u owiec). Pod wpływem interakcji "zdrowa" forma białka przybiera wadliwy kształt i sama staje się przyczyną upośledzenia funkcji kolejnych cząsteczek PRPc. Mimo to, choć prowadzono liczne badania, funkcja prawidłowych cząsteczek tej proteiny nie była do końca jasna. Na podstawie testów z udziałem myszy ustalono, że osobniki niezdolne do wytwarzania PRPc nie są w stanie wyszukać ukrytego przed nimi jedzenia ani odróżnić od siebie różnych zapachów, zaś przywrócenie normalnego poziomu białka pozwalało na odzyskanie tej umiejętności. W oczywisty sposób sugerowało to funkcję komórkowej formy białka prionowego, lecz wciąż nie było wiadomo, czy bierze ona udział w samej detekcji sygnałów zapachowych, czy też w ich przetwarzaniu przez mózg. Dalsze badania wykazały, że u myszy pozbawionych PRPc narząd węchu był w stanie wykryć substancje zapachowe, lecz upośledzona została zdolność do przetwarzania odpowiednich impulsów. U zdrowego gryzonia proces ten zachodzi w opuszce węchowej - wyspecjalizowanym rejonie kresomózgowia. Dotychczas uważano, że główną przyczyną zmian chorobowych w CJD było odkładanie się nadmiernej ilości PRPsc w tkance nerwowej. Teraz, gdy wykazano dodatkowe źródło zaburzeń, możliwe będzie podjęcie prób leczenia niektórych niekorzystnych objawów tego śmiertelnego schorzenia. Szczegółowe informacje na temat odkrycia zamieszczono na łamach czasopisma Nature Neuroscience.

Japońscy naukowcy odkryli, że strach jest zależny od węchu i da się go wyeliminować, wyłączając receptory w mózgu. Podczas eksperymentów z myszami biolodzy wytypowali i usunęli określone receptory opuszki węchowej. W ten sposób uzyskali nieustraszone gryzonie. Na dowód przedstawiono zdjęcia myszy paradujących tuż przed nosem kota, przytulających się do jego łap itp. One wykrywają zapach drapieżnika, np. ciała kota albo moczu lisa czy pantery śnieżnej, ale nie przejawiają strachu. Wykazują nawet silne zaciekawienie, ale na pewno nie uświadamiają sobie, że woń jest sygnałem zagrożenia – wyjaśnia Hitoshi Sakano z Wydziału Biofizyki i Biochemii Uniwersytetu Tokijskiego. Dlatego bez oporów bawią się z kotami. Te ostatnie musiały być jednak przedtem nakarmione, by nie zjeść swoich figlujących towarzyszy. Naukowcy japońscy po raz pierwszy wykazali, że wykrywanie zapachu i jego analiza w kategoriach strachu zachodzą w różnych częściach opuszki węchowej. Istnieją więc dwa obwody. Jeden jest wrodzony, a drugi (odpowiedzialny za detekcję woni) powstaje w wyniku uczenia asocjacyjnego, czyli opartego na skojarzeniach. Zespół z Tokio wyhodował dwie linie myszy. Jedne były pozbawione receptorów wykrywania woni, drugie pozwalających na przetłumaczenie zapachu na język lęku. Następnie gryzoniom dawano do powąchania mocz drapieżników: lisów i panter śnieżnych. Zwierzęta z pierwszej grupy prawie nie wyczuwały zapachu, ale gdy już im się to udawało, zastygały w bezruchu, udając, że są nieżywe. Kłopotem było nie tylko wychwycenie zapachu, ale także odróżnienie go od innych oraz powiązanie z odpowiednim wspomnieniem. Myszy z drugiej grupy doskonale odbierały zapach, ale nie bały się, tylko z zaciekawieniem podchodziły do interesującego obiektu. Trzeba przypomnieć, że myszy mają doskonale rozwinięte powonienie. Mają ok. 1000 genów receptorów węchowych, podczas gdy ludzi natura wyposażyła w 400 czynnych i 800 nieaktywnych.

Zapach silnego samca powoduje, że mózg samicy zaczyna rosnąć, ponieważ pojawiają się w nim nowe neurony. Podobnego efektu nie zaobserwowano w przypadku kontaktu z osobnikami zajmującymi niższą pozycję w hierarchii lub wykastrowanymi. To właśnie opisane zjawisko odpowiada za preferencje seksualne myszy, ale nie tylko ich. Feromony oddziałują, według naukowców, na dwa obszary dorosłego mózgu, w których najczęściej tworzą się nowe komórki nerwowe: 1) opuszkę węchową (odpowiadającą, jak sama nazwa wskazuje, za odbieranie zapachów) i 2) hipokamp (strukturę związaną z powstawaniem i przechowywaniem wspomnień). Kiedy u samic myszy nie dopuszczano do wzrostu mózgu w odpowiedzi na woń wydzielaną przez supersamca, przestawał się jej podobać i nie pociągał jej seksualnie. Żeńskie feromony wywoływały u samców ten sam efekt, ale był on znacznie mniej spektakularny (Nature Neuroscience). Neurolodzy z Uniwersytetu w Calgary zidentyfikowali, jakie hormony oddziałują w ten sposób na mózg. Jak mówi Samuel Weiss, można je będzie w przyszłości wykorzystać do naprawy lub polepszenia działania uszkodzonych przez uraz czy chorobę rejonów mózgu. Trzeba jednak podkreślić, że pytanie, czy i ewentualnie jak feromony wpływają na ludzi, pozostaje nadal otwarte.