Više od sto godina nakon otkrića neurona od strane neuroanatoma Santjaga Ramona i Kajala, naučnici nastavljaju da produbljuju svoje znanje o mozgu i njegovom razvoju.
U publikaciji u časopisu Science Advances od 5. aprila, tim sa Instituta Pasteur i CNRS, u saradnji sa Univerzitetom Harvard, otkrio je nove uvide u to kako ćelije u spoljašnjim slojevima mozga međusobno deluju neposredno nakon rođenja tokom formiranja malog mozga, region mozga prema zadnjem delu lobanje.
Naučnici su demonstrirali novu vrstu veze između neuronskih prekursorskih ćelija preko nanocevi, čak i pre formiranja sinapsi, konvencionalnih spojeva između neurona.
Godine 2009. tim Kjare Zurzolo (Odsek za membranski saobraćaj i patogenezu na Institutu Pasteur) identifikovao je novi mehanizam za direktnu komunikaciju između neuronskih ćelija u kulturi preko nanoskopskih tunela, poznatih kao tunelske nanocevi. Oni su uključeni u širenje različitih toksičnih proteina koji se akumuliraju u mozgu tokom neurodegenerativnih bolesti. Nanocevi stoga mogu biti pogodna meta za lečenje ovih bolesti ili karcinoma, gde su takođe prisutne.
U ovoj novoj studiji, istraživači su otkrili nanoskopske tunele koji povezuju prekursorske ćelije u mozgu, tačnije mali mozak – oblast koja se razvija nakon rođenja i važna je za prilagođavanje položaja tela kako bi se održala ravnoteža – dok sazrevaju u neurone.
Ovi tuneli, iako slični po veličini, razlikuju se po obliku od jednog do drugog: neki sadrže grane dok drugi ne, neki su obavijeni ćelijama koje povezuju, dok su drugi izloženi svom lokalnom okruženju. Autori veruju da ove međućelijske veze (IC) mogu omogućiti razmenu molekula koji pomažu preneuronskim ćelijama da fizički migriraju kroz različite slojeve i stignu do konačnog odredišta kako se mozak razvija.
Intrigantno, IC-ovi dele anatomske sličnosti sa mostovima koji se formiraju kada ćelije završe sa deljenjem. „IC-ovi mogu proizaći iz ćelijske podjele, ali opstaju tokom ćelijske migracije, tako da bi ova studija mogla baciti svjetlo na mehanizme koji omogućavaju koordinaciju između ćelijske diobe i migracije koja je implicirana u razvoju mozga. S druge strane, IC-ovi uspostavljeni između ćelija postmitotički mogu omogućiti direktnu razmjenu između ćelije izvan uobičajenih sinaptičkih veza, što predstavlja revoluciju u našem razumevanju povezanosti mozga. Pokazujemo da ne postoje samo sinapse koje omogućavaju komunikaciju između ćelija u mozgu, postoje i nanocevi“, kaže dr Zurzolo, viši autor i šef odeljenja. Jedinica za membranski saobraćaj i patogenezu (Institut Pasteur/CNRS). Kredit: Pasterov institut
Da bi postigli ova otkrića, istraživači su koristili trodimenzionalnu (3D) metodu elektronske mikroskopije i moždane ćelije iz modela miša kako bi proučili kako regioni mozga međusobno komuniciraju. Tako bi se mogle rekonstruisati mape neuronske mreže veoma visoke rezolucije. 3D zapremina malog mozga proizvedena i korišćena za studiju sadrži preko 2.000 ćelija.
„Ako zaista želite da razumete kako se ćelije ponašaju u trodimenzionalnom okruženju i da mapirate lokaciju i distribuciju ovih tunela, morate da rekonstruišete ceo ekosistem mozga, što zahteva izuzetan napor sa dvadesetak ljudi koji su uključeni preko 4 godine“, rekao je prvi autor članka Dijego Kordero.
Da bi odgovorili na izazove rada sa širokim spektrom tipova ćelija koje mozak sadrži, autori su koristili AI alat za automatsko razlikovanje kortikalnih slojeva. Štaviše, razvili su program otvorenog koda pod nazivom CellValker za karakterizaciju morfoloških karakteristika 3D segmenata. Blok tkiva je rekonstruisan sa slika preseka mozga. Ovaj program koji je besplatno dostupan omogućiće naučnicima da brzo i lako analiziraju složene anatomske informacije ugrađene u ove vrste mikroskopskih slika.
Sledeći korak će biti da se identifikuje biološka funkcija ovih ćelijskih tunela kako bi se razumela njihova uloga u razvoju centralnog nervnog sistema i u drugim regionima mozga, kao i njihova funkcija u komunikaciji između moždanih ćelija u neurodegenerativnim bolestima i kancerima. Razvijeni računarski alati biće dostupni drugim istraživačkim timovima širom sveta.
