Cercetătorii ar putea fi cu un pas mai aproape de a înţelege bolile neurodegenerative, cum ar fi boala Huntington şi schizofrenia. Pentru prima dată, o echipă de oameni de ştiinţă americani a creat imagini 3D extrem de detaliate ale sinapselor, joncţiuni-cheie în care neuronii comunică prin semnale chimice.
Aceste modele 3D complicate marchează o realizare tehnică remarcabilă, permiţând cercetătorilor să examineze la un nivel de detaliu fără precedent diferitele celule care formează o sinapsă.
„Una este să înţelegi structura sinapsei din literatura de specialitate, şi alta este să vezi cu ochii tăi geometria precisă a interacţiunilor dintre celulele individuale în interiorul sinapsei", afirmă Abdellatif Benraiss, profesor asociat de cercetare în cadrul Centrului pentru Neuromedicină Translaţională al universităţii din Rochester şi coautor al studiului, într-un comunicat în care sunt prezentate şi imagini video ale acestor modele 3D.
„Capacitatea de a studia aceste medii extrem de mici este un domeniu relativ tânăr şi are potenţialul de a avansa înţelegerea noastră în ceea ce priveşte o serie de boli neurodegenerative şi neuropsihiatrice în care funcţia sinaptică este perturbată", a precizat acesta.
Cercetătorii au utilizat această tehnică nouă pentru a compara creierele unor şoareci sănătoşi cu cele ale unor şoareci purtători ai genei mutante responsabile de boala Huntington.
Cercetările anterioare efectuate de aceeaşi echipă au indicat faptul că astrocitele disfuncţionale, un tip de celule de sprijin din creier, joacă un rol cheie în această boală. Astrocitele sunt membre ale unei familii de celule de sprijin din creier, numite glia, şi ajută la menţinerea unui mediu chimic adecvat la nivelul sinapsei.
În mod specific, acest studiu s-a axat pe sinapsele care implică neuronii motori spinali mijlocii (MSN), a căror pierdere progresivă este caracteristică în boala Huntington.
Pentru a identifica aceste sinapse în reţeaua neuronală complexă din creier, cercetătorii au folosit virusuri pentru a atribui etichete fluorescente separate axonilor, neuronilor motori şi astrocitelor.
După ce au delimitat zonele de interes cu ajutorul microscopiei multifotonice, echipa a folosit marcajul în infraroşu pentru a crea puncte de referinţă în ţesutul cerebral şi a identifica, ulterior, localizarea acestora în sinapsele din creier.
Imagine: Vedere a modelului 3D care arată axonul (roşu), neuronul motor spinal mediu (MSN-verde) şi astrocitul care converge la sinapsă (galben). Credit: Center for Translational Neuromedicine, Universitatea din Rochester şi Universitatea din Copenhaga).
Ţesutul cerebral a fost apoi examinat cu ajutorul unui microscop electronic de la universitatea din Copenhaga, conceput pentru a studia cele mai mici structuri ale creierului.
Acest dispozitiv avansat a generat modele 3D la scară nanometrică reprezentând celulele etichetate şi interacţiunile lor individuale la nivelul sinapsei.
Analiza ţesutului cerebral de la şoareci sănătoşi a arătat că astrocitele au învăluit complet spaţiul din jurul sinapsei în formă de disc. În schimb, astrocitele de la şoarecii cu Huntington nu au fost la fel de eficiente în a umple sinapsa, permiţând goluri mari în aceasta.
Acest defect structural permite ca potasiul şi glutamatul - substanţe chimice care reglează comunicarea dintre celule - să se scurgă din sinapsă, putând perturba comunicarea normală între celule.
Disfuncţia astrocitelor a mai fost asociată şi cu alte afecţiuni precum schizofrenia, scleroza laterală amiotrofică (SLA) şi demenţele frontotemporale.
Cercetătorii consideră că tehnica ar putea îmbunătăţi considerabil înţelegerea acestor boli şi ar putea fi folosită pentru a evalua eficacitatea strategiilor de înlocuire celulară, care implică înlocuirea celulelor gliale bolnave cu unele sănătoase, ca potenţiale tratamente pentru aceste afecţiuni.
Studiul a fost publicat în revista PNAS.
