Nema sumnje da vežba čini dobro telu. Redovna aktivnost ne samo da jača mišiće, već može ojačati naše kosti, krvne sudove i imuni sistem.
Sada su inženjeri MIT-a otkrili da vežbanje takođe može imati koristi na nivou pojedinačnih neurona. Oni su primetili da kada se mišići stežu tokom vežbanja, oni oslobađaju supu biohemijskih signala zvanih miokini.
U prisustvu ovih signala generisanih mišića, neuroni su rasli četiri puta više u poređenju sa neuronima koji nisu bili izloženi miokini. Ovi eksperimenti na ćelijskom nivou sugerišu da vežba može imati značajan biohemijski efekat na rast nerava.
Iznenađujuće, istraživači su takođe otkrili da neuroni reaguju ne samo na biohemijske signale vežbanja, već i na njegove fizičke uticaje. Tim je primetio da kada se neuroni više puta povlače napred-nazad, slično kako se mišići skupljaju i šire tokom vežbanja, neuroni rastu isto koliko i kada su izloženi miokinima mišića.
Dok su prethodne studije ukazale na potencijalnu biohemijsku vezu između mišićne aktivnosti i rasta nerava, ova studija je prva koja pokazuje da fizički efekti mogu biti jednako važni, kažu istraživači. Rezultati, koji su objavljeni u časopisu Napredni materijali za zdravstvenu zaštit, bacaju svetlo na vezu između mišića i nerava tokom vežbanja i mogli bi da informišu o terapijama vezanim za vežbanje za popravku oštećenih i propadajućih nerava.
„Sada kada znamo da postoji ovo preslušavanje između mišića i nerava, može biti korisno za lečenje stvari kao što je povreda nerva, gde je komunikacija između nerva i mišića prekinuta“, kaže Ritu Raman, Eugene Bell, pomoćnik profesora mašinstva na MIT-u za razvoj karijere. .
„Možda bismo, ako stimulišemo mišiće, mogli da podstaknemo nerv da zaraste i vratimo pokretljivost onima koji su je izgubili usled traumatske povrede ili neurodegenerativnih bolesti.
Raman je stariji autor nove studije, koja uključuje Angel Bu, Ferdovs Afghah, Nicolas Castro, Maheera Bava, Sonika Kohli, Karina Shah i Brandon Rios sa MIT-ovog odsjeka za mašinstvo i Vincent Butti sa MIT-ovog Koch instituta za integrativni rak Istraživanja.
Godine 2023, Raman i njene kolege su izvestile da bi mogli da vrate pokretljivost kod miševa koji su doživeli traumatsku povredu mišića, tako što će prvo implantirati mišićno tkivo na mesto povrede, a zatim uvežbati novo tkivo tako što će ga više puta stimulisati svetlom.
Vremenom su otkrili da je uvežbani transplantat pomogao miševima da povrate svoju motoričku funkciju, dostižući nivoe aktivnosti uporedive sa onima kod zdravih miševa.
Kada su istraživači analizirali sam transplantat, pokazalo se da redovna vežba stimuliše kalemljeni mišić da proizvodi određene biohemijske signale za koje se zna da podstiču rast nerava i krvnih sudova.
„To je bilo interesantno jer uvek mislimo da nervi kontrolišu mišiće, ali ne mislimo na to da mišići odgovaraju nervima“, kaže Raman.
„Dakle, počeli smo da mislimo da stimulacija mišića podstiče rast nerava. I ljudi su odgovorili da je možda to slučaj, ali postoje stotine drugih tipova ćelija u životinji, i zaista je teško dokazati da nerv raste više zbog mišića , umesto da imunološki sistem ili nešto drugo igra ulogu.“
U svojoj novoj studiji, tim je odlučio da utvrdi da li vežbanje mišića ima direktan uticaj na rast nerava, fokusirajući se isključivo na mišiće i nervno tkivo. Istraživači su razvili mišićne ćelije miša u duga vlakna koja su se zatim spojila u mali list zrelog mišićnog tkiva veličine otprilike jedne četvrtine.
Tim je genetski modifikovao mišić da se kontrahuje kao odgovor na svetlost. Sa ovom modifikacijom, tim je mogao više puta da upali svetlo, uzrokujući da se mišić stegne kao odgovor, na način koji je oponašao čin vežbe.
Raman je ranije razvio novu gel prostirku na kojoj će rasti i vežbati mišićno tkivo. Osobine gela su takve da može da podrži mišićno tkivo i spreči njegovo ljuštenje dok su istraživači stimulisali mišiće da vežbaju.
Tim je zatim sakupio uzorke okolnog rastvora u kojem se vežbalo mišićno tkivo, misleći da rastvor treba da sadrži miokine, uključujući faktore rasta, RNK i mešavinu drugih proteina.
„Miokine bih smatrao biohemijskom supom stvari koje luče mišići, od kojih bi neke mogle biti dobre za nerve, a druge koje možda nemaju nikakve veze sa nervima“, kaže Raman. „Mišići uglavnom uvek luče miokine, ali kada ih vežbate, oni stvaraju više.“
Tim je preneo rastvor miokina u zasebnu posudu koja sadrži motorne neurone — nerve koji se nalaze u kičmenoj moždini koji kontrolišu mišiće uključene u voljno kretanje. Istraživači su uzgajali neurone iz matičnih ćelija dobijenih od miševa.
Kao i kod mišićnog tkiva, neuroni su uzgajani na sličnoj gel prostirci. Nakon što su neuroni bili izloženi mešavini miokina, tim je primetio da su brzo počeli da rastu, četiri puta brže od neurona koji nisu primili biohemijski rastvor.
„Raste mnogo dalje i brže, a efekat je prilično trenutan“, primećuje Raman.
Za bliži pogled na to kako su se neuroni promenili kao odgovor na miokine izazvane vežbanjem, tim je sproveo genetsku analizu, izdvajajući RNK iz neurona da bi video da li su miokini izazvali bilo kakvu promenu u ekspresiji određenih neuronskih gena.
„Videli smo da mnogi geni koji su regulisani u neuronima stimulisanim vežbanjem nisu samo povezani sa rastom neurona, već i sa sazrevanjem neurona, koliko dobro razgovaraju sa mišićima i drugim nervima i koliko su zreli aksoni“, kaže Raman. . „Čini se da vežbanje utiče ne samo na rast neurona, već i na to koliko su zreli i dobro funkcionišu.“
Rezultati sugerišu da biohemijski efekti vežbanja mogu podstaći rast neurona. Zatim se grupa zapitala: Da li bi čisto fizički uticaji vežbanja mogli imati sličnu korist?
„Neuroni su fizički vezani za mišiće, tako da se takođe istežu i kreću zajedno sa mišićem“, kaže Raman. „Takođe smo želeli da vidimo, čak i u odsustvu biohemijskih signala iz mišića, da li bismo mogli da rastegnemo neurone napred-nazad, oponašajući mehaničke sile (vežbe), i da li to može da utiče i na rast?“
Da bi odgovorili na ovo, istraživači su uzgajali drugačiji skup motornih neurona na gel prostirci koju su ugradili sićušnim magnetima. Zatim su koristili spoljni magnet da pomeraju prostirku – i neurone – napred-nazad.
Na ovaj način su „vežbali” neurone, po 30 minuta dnevno. Na njihovo iznenađenje, otkrili su da je ova mehanička vežba stimulisala neurone da rastu isto koliko i neuroni izazvani miokinom, rastući znatno dalje od neurona koji nisu imali nikakav oblik vežbanja.
„To je dobar znak jer nam govori da su i biohemijski i fizički efekti vežbanja podjednako važni“, kaže Raman.
Sada kada je grupa pokazala da vežbanje mišića može da podstakne rast nerava na ćelijskom nivou, planiraju da prouče kako se ciljana mišićna stimulacija može koristiti za rast i lečenje oštećenih nerava i vraćanje mobilnosti za ljude koji žive sa neurodegenerativnom bolešću kao što je ALS.
„Ovo je samo naš prvi korak ka razumevanju i kontroli vežbe kao medicine“, kaže Raman.
