Útmutatás a regenerálódó idegrendszerben

Az idegrendszer teremt kapcsolatot a szervezet különféle feladatokra specializálódott részei között, és mint tudjuk, ha ez az összeköttetés megszűnik, számos alapvetőnek tartott képességünk, mint a mozgás vagy az érzékelés, akár örökre elveszhet, mivel az idegrendszer regenerációja erősen korlátos. Sajnos az idegek sérülése nem ritka jelenség, ezért a kutatók nagy erőkkel dolgoznak azon, hogy valamiképp hatékonyabbá tegyék az idegrendszer regenerációját. Ehhez például olyan állatokban tanulmányozzák a jelenséget, amelyeknél sokkal hatékonyabban zajlik a regeneráció, mint az embernél. Egy amerikai kutatócsoport planáriák neurális regenerációjáról derített ki újabb részleteket, melyek remélhetőleg az emberi idegregeneráció mesterséges támogatásához is hozzájárulhatnak a későbbiekben.

schmidtea
A Schmidtea mediterranea kedvelt kísérleti állat. Méretarány: 2 mm (Forrás: Grohme és mtsai., 2018 – Nature).

Az idegrendszer regenerációja

Az idegrendszer működésének lényege tulajdonképpen az, hogy a különféle sejtekben kialakult jeleket a megfelelő sejtekhez juttatja. Ehhez természetesen elengedhetetlen, hogy az adott sejtek kapcsolatban álljanak egymással az idegrendszer hálózatain keresztül. Ha ez a kapcsolat megszűnik, a sejtek az általuk normálisan végzett feladatok ellátására képtelenné válhatnak. Ebből a helyzetből a kapcsolat helyreállítása vezethet ki, azonban a gyakorlat azt mutatja, hogy ez a folyamat, legalábbis emlősöknél, nem túl hatékony.

Ezt a természetes hiányosságot azonban kutatók hada igyekszik orvosolni, hiszen egyes felmérések szerint például a nyugati társadalmakban a végtagok bénulása, az idegrendszer sérülésének egyik legrettegettebb következménye 1,7% gyakoriságot mutat és jelenleg gyógyíthatatlan. Az már régóta ismert tény, hogy az idegsejtek nyúlványainak átmetsződése után a legjobb esetben is csak a sejttesttel még kapcsolatban lévő darab marad meg, a sérülés túloldalán lévő darab az esetek többségében elpusztul, degenerálódik. Ebben a helyzetben tehát az újbóli kapcsolatteremtés úgy képzelhető el, hogy a nyúlvány megmaradt darabja fokozatosan növekedve újra elérni a korábbi célt, legyen az izomsejt, vagy akár valamilyen receptor. A probléma ott van, hogy amikor túl nagy utat kellene bejárnia ennek a regenerálódó axonnak, akkor a dolog általában zátonyra fut, így az izom vagy a receptor hamarosan elsorvad, végleges bénulást vagy érzéskiesést okozva.

Az idegrendszer sérüléseinek legsúlyosabb következményei tehát valószínűleg orvosolhatók lennének azzal, ha a sejtnyúlványok regenerálódásának hatékonyságát fokozhatnánk. A kutatók ezt úgy próbálják elérni, hogy felderítik milyen sajátosságok miatt tud hatékony lenni a nyúlványok növekedése bizonyos helyzetekben. Az egyedfejlődés korai szakaszában például az idegsejtek nyúlványai a test egészébe szétterjednek minden gond nélkül, sőt bizonyos állatokban ez a kifejlett egyedeknél is bekövetkezhet: a laposférgek közé tartozó planáriák például elképesztő megújulásra képesek, akár teljes idegrendszerüket képesek regenerálni. Ha egy planáriát több részre vágunk fel, akkor akár összes részből új egyed jöhet létre, elvileg még akkor is, ha több mint 200 darabra aprózzuk ezeket a nagyjából 1 cm-es lényeket. A regenerálódó egyedek minden szempontból teljes értékűek, rendelkeznek egy normális példány minden szervével, szövetével, tulajdonképpen az eredeti egyed klónjainak tekinthetők. A planáriák azért képesek erre, mert jelentős mennyiségű őssejtet tartanak fenn testükben, melyek sérülés esetén képesek bármilyen testi sejt létrehozására. Ez a jellemzőjük kedvelt modellállattá tette őket, hiszen a kutatók abban bíznak, hogy a planáriák regenerációjának alapos megismerése segíthet sikeresebbé tenni az emberi regenerációt is.

planaria_regen
A planáriák testük bármely részét képesek regenerálni (Forrás: Roberts-Galbraith, 2020 – Science).

Útmutatók a planáriában

Egy amerikai kutatócsoport tehát a planária idegrendszerének regenerációját vizsgálta, ami azért is lenyűgöző, mert a kifejlett állatban az embrionális sajátosságok hiányában is gond nélkül lezajlik. A planária egyik legkomplikáltabb idegrendszeri hálózata a látórendszere. A planáriák legtöbbje, így a kutatók által használt Schmidtea mediterranea is két darab fényérzékeny gödröcskét, ún. szemfoltokat hordoz a test elülső végének háti oldalán, melyek képessé teszik a fényintenzitás érzékelésére. A szemfoltokban lévő fotoreceptorok nyúlványai a szemfolt hátulsó végén lépnek ki, kötegekbe szerveződve. A nyúlványok a hasi oldal irányába haladnak tovább, hiszen a planária és a legtöbb gerinctelen, pontosabban az ősszájú gerinctelenek idegrendszere a hasi oldalon fut végig, itt található az agy is (ezzel szemben a gerincesek idegrendszere a háti oldalon alakul ki). A nyúlványok egy része az azonos oldali agyfélbe tart, azonban egy másik részük átkereszteződik, és az ellenoldalon lép be az agyba (ez egyébként a gerincesek látórendszerére is jellemző).

Mivel a planáriák ezt a viszonylag összetett hálózatot is gond nélkül képesek regenerálni, a kutatókban felmerült, hogy ez esetleg útmutató sejtek segítségével zajlik. Ezeket az útmutató sejteket még a 80-as évek elején írták le szöcskékben, azok embrionális fejlődése során. Ezek a sejtek különböző mechanizmusokkal irányítják a növekedő sejtnyúlványokat, azok jellemzően irányt váltanak, amikor a sejtek közelébe érnek. Hasonló sejteket már planáriákban is leírtak, ám eddig csupán az embrionális fejlődés során mutatták ki őket. A kutatók ezúttal viszont arra voltak kíváncsiak, hogy ilyen útmutató sejtek vajon a regenerációban is szerephez jutnak-e. A kutatók eltávolították a kísérleti állataik szemfoltjait, majd megvizsgálták a fotoreceptorok nyúlványai által bejárt útvonalat. A nyúlványok irányváltásának pontjainál speciális sejteket fedeztek fel, melyek elhelyezkedésük alapján akár útmutató sejtek is lehettek. Az első csoport a regenerálódó szemfolt hátsó végénél helyezkedett el, a második az azonos oldalra és az ellenoldalra tartó nyúlványok elválásának pontjában, míg a harmadik ott, ahol az ellenoldalra irányuló nyúlványok átkereszteződnek.

A kutatók úgy vélték, hogy amennyiben ezek valóban útmutató sejtek, akkor a szemfoltoktól függetlenül kell kialakulniuk. Ezen feltevés alátámasztására több kísérletet is elvégeztek. A fotoreceptorokat rendellenes helyre ültették be a kísérleti állatokban, ám ekkor nem figyeltek meg a szemfoltok közelében olyan sejteket, amelyek megfeleltethetők lettek volna a normális regeneráció során megjelenő sejteknek. A kutatók viszont megfigyelték az útmutató sejteket olyan állatoknál is, melyekben egy génmutáció következtében nem alakultak ki a szemfoltok. Az útmutató sejteknek vélt sejtek tehát valóban a szemfoltoktól függetlenül alakultak ki. Ha a sejtek valóban útmutatók, akkor viszont az is elképzelhető, hogy a fotoreceptorok nyúlványainak növekedését akkor is befolyásolják, ha azok nem a szokott helyükön vannak. A kutatók így a szemek kialakítására képtelen, de az útmutató sejtekkel rendelkező planáriáknak ültettek be szemfoltokat, majd megfigyelték a nyúlványok növekedésének irányát. A nyúlványok minden esetben az útmutató sejtek irányába növekedtek. A kutatók mindezek mellett az útmutató sejtek által felszabadított jelzőmolekulák egy részét, és a sejtek génexpressziós jellemzőit is leírták.

expsum
Az új kísérletek szerint a planária látórendszerének regenerációját több útmutató sejtekből álló csoport segíti (Forrás: Roberts-Galbraith, 2020 – Science).

Ez a vizsgálat tehát arra világított rá, hogy a planária idegrendszerének regenerációjában fontos szerepe van az útmutató sejteknek. A szakértők már régóta bíznak abban, hogy egyszer lehetséges lesz hasonló útmutatókat mesterségesen létrehozni az emberi szervezetben, hogy azok segítsék a regenerálódó nyúlványok útkeresését. Elképzelhető például, hogy a megfelelő jelzőmolekulák folyamatos bejuttatásával irányíthatók lehetnének a regenerálódó nyúlványok, vagy akár ezek termelésére specializálódott sejtek implantálásával is ki lehetne jelölni a helyes útvonalat. Ehhez most talán egy lépéssel közelebb kerültünk, hála a planáriáknak.

Ez a cikkem az Élet és Tudomány 2020/30. számában jelent meg.

Források:

https://science.sciencemag.org/content/368/6498/eaba3203

https://science.sciencemag.org/content/368/6498/1428