Ученые из Калифорнийского университета в Ирвине обнаружили, что повреждение одной части мозга изменяет связи между нервными клетками по всему мозгу. Новое исследование было опубликовано на этой неделе в журнале Nature Communications.

Каждый год в Соединенных Штатах почти два миллиона американцев получают черепно-мозговую травму (ЧМТ). Выжившие могут жить с пожизненными физическими, когнитивными и эмоциональными нарушениями. В настоящее время никаких методов лечения не существует.

Одной из самых больших проблем для нейробиологов было полное понимание того, как ЧМТ изменяет перекрестные помехи между различными клетками и областями мозга.

В новом исследовании исследователи усовершенствовали процесс под названием iDISCO, который использует растворители для придания прозрачности биологическим образцам. В результате процесса остается полностью неповрежденный мозг, который можно осветить лазерами и получить изображение в 3D с помощью специализированных микроскопов.

Благодаря улучшенным процессам очистки мозга команда UCI нанесла на карту нейронные связи по всему мозгу. Исследователи сосредоточились на связях с тормозными нейронами, потому что эти нейроны чрезвычайно уязвимы для отмирания после черепно-мозговой травмы. Сначала команда изучила гиппокамп, область мозга, отвечающую за обучение и память. Затем они исследовали префронтальную кору, область мозга, которая работает вместе с гиппокампом. В обоих случаях визуализация показала, что тормозные нейроны получают гораздо больше связей от соседних нервных клеток после ЧМТ, но они становятся отключенными от остальной части мозга.

"Мы давно знаем, что связь между различными клетками мозга может очень сильно измениться после травмы", - сказал Роберт Хант, доктор философии, доцент кафедры анатомии и нейробиологии и директор Исследовательского центра эпилепсии при Медицинской школе Калифорнийского университета, лаборатория которого проводила исследование, - "Но мы неДо сих пор мне не удавалось увидеть, что происходит во всем мозге".

Чтобы поближе рассмотреть поврежденные мозговые связи, Хант и его команда разработали методику, позволяющую отменить процедуру очистки и исследовать мозг с помощью традиционных анатомических подходов.

Полученные результаты неожиданно показали, что длинные выступы удаленных нервных клеток все еще присутствовали в поврежденном мозге, но они больше не образовывали связей с тормозными нейронами.

"Похоже, что весь мозг тщательно перестраивается, чтобы приспособиться к повреждению, независимо от того, было ли прямое повреждение области или нет", - объяснила Алекса Тьерно, аспирантка и соавтор исследования. "Но разные части мозга, вероятно, работают вместе не так хорошо, как до травмы".

Затем исследователи хотели определить, возможно ли, чтобы тормозные нейроны были повторно соединены с отдаленными областями мозга. Чтобы выяснить это, Хант и его команда пересадили новые интернейроны в поврежденный гиппокамп и нанесли на карту их связи, основываясь на более ранних исследованиях команды, демонстрирующих, что трансплантация интернейронов может улучшить память и остановить судороги у мышей с ЧМТ.

Новые нейроны получили соответствующие соединения со всего мозга. Хотя это может означать, что можно было бы побудить поврежденный мозг самостоятельно восстанавливать эти утраченные связи, Хант сказал, что изучение того, как трансплантированные интернейроны интегрируются в поврежденные мозговые цепи, имеет важное значение для любой будущей попытки использовать эти клетки для восстановления мозга.

"Наше исследование является очень важным дополнением к нашему пониманию того, как ингибирующие предшественники однажды могут быть использованы в терапевтических целях для лечения ЧМТ, эпилепсии или других заболеваний головного мозга", - сказал Хант. "Некоторые люди предположили, что трансплантация интернейронов может омолодить мозг, высвобождая неизвестные вещества для повышения врожденной регенеративной способности, но мы обнаруживаем, что новые нейроны действительно жестко подключены к мозгу".

Хант надеется в конечном итоге разработать клеточную терапию для людей с ЧМТ и эпилепсией. Команда UCI сейчас повторяет эксперименты с использованием тормозных нейронов, полученных из стволовых клеток человека.

"Эта работа приближает нас на один шаг к будущей клеточной терапии для людей, - сказал Хант. - Понимание видов пластичности, которые существуют после травмы, поможет нам восстановить поврежденный мозг с очень высокой степенью точности. Однако очень важно, чтобы мы шаг за шагом продвигались к этой цели, а это требует времени".

Ян К. Франковски, доктор философии; Шрея Павани; Куинси Цао и Дэвид К. Лайон, доктор философии, также внесли свой вклад в это исследование.

ИСТОЧНИК