Cercetători de la facultatea de medicină a universităţii Tufts, din Statele Unite, au descoperit o funcţie necunoscută până acum la unele celule din creier.
Oamenii de ştiinţă au descoperit la şoareci o nouă funcţie a celulelor numite astrocite, care compun aproape jumătate din celulele creierului.
Descoperirea deschide o direcţie cu totul nouă în cercetarea neuroştiinţifică care ar putea duce într-o zi la tratamente pentru mai multe afecţiuni, de la epilepsie la Alzheimer şi până la leziuni cerebrale traumatice.
Este vorba despre modul în care astrocitele interacţionează cu neuronii, celulele fundamentale ale creierului şi ale sistemului nervos care primesc informaţii din lumea exterioară.
Printr-un set complex de semnalizare electrică şi chimică, neuronii transmit informaţii între diferite zone ale creierului şi între creier şi restul sistemului nervos.
Până la această descoperire, oamenii de ştiinţă ştiau că astrocitele sunt importante, dar nu ştiau că au un rol atât de important în această comunicare. Astrocitele ghidează creşterea axonilor, structurile lungi şi subţiri ale neuronilor care conduc impulsurile electrice.
În plus, celulele controlează şi neurotransmiţătorii, substanţele chimice care permit transferul semnalelor electrice în creier şi în sistemul nervos, construiesc bariera hemato-encefalică şi răspund la leziuni.
Până acum, astrocitele nu păreau să fie active electric şi importante ca neuronii.
„Activitatea electrică a astrocitelor schimbă modul în care funcţionează neuronii. Am descoperit un nou mod prin care două dintre cele mai importante celule din creier vorbesc între ele. Întrucât există atât de multe necunoscute despre modul în care funcţionează creierul, descoperirea unor noi procese fundamentale care controlează funcţia creierului este esenţială pentru dezvoltarea de noi tratamente pentru bolile neurologice“, a declarat Chris Dulla, profesor asociat de neuroştiinţe la facultatea de medicină a universităţii din Massachusetts şi autor corespondent al studiului publicat în Nature Neuroscience.
Pentru a face descoperirea, echipa a folosit o tehnologie nouă pentru a concepe o tehnică care să le permită să vadă şi să studieze proprietăţile electrice ale interacţiunilor celulare din creier, care nu au putut fi observate până acum.
„Cu aceste noi instrumente am descoperit, în esenţă, aspecte complet inedite la nivel biocelular. Pe măsură ce apar instrumente mai bune, cum ar fi noi senzori fluorescenţi care sunt dezvoltaţi în mod constant, vom înţelege mai bine lucruri la care nici nu ne gândeam înainte“, a precizat Moritz Armbruster, profesor asistent de cercetare în neuroştiinţe şi autorul principal al studiului.
„Noua tehnologie vizualizează activitatea electrică cu lumină. Neuronii sunt foarte activi electric, iar noua tehnologie ne-a permis să vedem că şi astrocitele sunt active electric“, a explicat prof. Dulla.
Astrocitele se „asigură că totul funcţionează satisfăcător în creier, iar dacă ceva nu merge bine, dacă există o leziune sau o infecţie virală, o detectează, încearcă să răspundă şi apoi încearcă să protejeze creierul de ameninţări. Ceea ce vrem să facem în continuare este să determinăm cum se schimbă astrocitele atunci când au loc aceste ameninţări“, a mai menţionat prof. Dulla.
Comunicarea între neuroni are loc prin eliberarea unor mesageri chimici numiţi neurotransmiţători.
Oamenii de ştiinţă ştiau că astrocitele controlează neurotransmiţătorii, ajutând la menţinerea neuronilor sănătoşi şi activi.
Conform noului studiu, neuronii eliberează şi ioni de potasiu, care schimbă activitatea electrică a astrocitelor şi modul în care aceste celule controlează neurotransmiţătorii.
„Neuronii controlează ceea ce fac astrocitele şi comunică într-una cu aceste celule. Neuronii şi astrocitele comunică între ele într-un mod despre care nu s-a mai ştiut până acum", a explicat prof. Dulla.
Descoperirea acestei comunicări dintre astrocite şi neuroni ridică numeroase întrebări cu privire la modul în care funcţionează aceste interacţiuni în patologia creierului şi în dezvoltarea învăţării şi a memoriei.
„Ne face să regândim tot ceea ce fac astrocitele şi faptul că ele sunt active electric poate influenţa o gamă largă de boli neurologice“, a precizat prof. Dulla.
De exemplu, în boala Alzheimer, astrocitele nu controlează neurotransmiţătorii, chiar dacă aceasta este treaba lor fundamentală, explică prof. Dulla.
Probleme similare apar şi în leziunile cerebrale traumatice şi în epilepsie. De ani de zile oamenii de ştiinţă au crezut că problema ar putea fi cauzată de absenţa unei proteine sau de o mutaţie care face ca o proteină să nu funcţioneze.
„Acumularea de potasiu în spaţiul extracelular din creier a dus la emiterea ipotezei că asta ar putea contribui la apariţia unor patologii precum epilepsia şi migrenele. Acest nou studiu ne oferă o mai bună înţelegere a modului în care astrocitele clarifică această acumulare şi ajută la menţinerea excitabilităţii“, a precizat la rândul său prof. Armbruster.
Cercetătorii examinează acum mai multe medicamente existente pentru a vedea dacă acestea pot manipula interacţiunea dintre neuroni şi astrocite.
Ne întrebăm dacă procedând astfel, am putea ajuta într-o zi oamenii să înveţe mai repede sau mai bine, sau am putea repara o leziune cerebrală atunci când apare, a mai precizat prof. Dulla.
Noua tehnologie care a dus la această descoperire nu numai că deschide noi modalităţi de a regândi activitatea astrocitelor, ci oferă şi noi abordări pentru imagistica creierului.
Până acum, nu a existat nicio modalitate de a vizualiza meacnismul potasiului în creier sau de a studia modul în care potasiul este implicat în anumite procese precum somnul sau metabolismul, sau în leziuni şi infecţii care apar în creier.
„Oferim aceste instrumente şi altor laboratoare, astfel încât să poată folosi aceleaşi teste şi tehnici pentru a studia ceea ce îi interesează. Oamenii de ştiinţă vor avea astfel instrumentele necesare pentru a studia durerile de cap, respiraţia, tulburările de dezvoltare şi o gamă largă de boli neurologice diferite“, a mai spus prof. Dulla.
