Naprawa zerwanych rdzeni kręgowych

Dzięki armii komórek i niezliczonej ilości przeciwciał nasz układ odpornościowy jest dobrze zaprojektowany do odpierania ataków szkodliwych bakterii, wirusów i innych drobnoustrojów. Ale może również być kluczem do odwiecznej tajemnicy – ​​jak leczyć urazy rdzenia kręgowego, które każdego roku paraliżują tysiące ludzi. Dobrze znanym przykładem jest niefortunny wynik upadku aktora Christophera Reeve'a z konia.

Nadzieja na nowe metody leczenia wynika z ostatnich badań nad komórkami odpornymi na makrofagi, które jako jedne z pierwszych pojawiają się na scenie, gdy organizm dozna rany lub infekcji. Wciągane przez chemikalia uwalniane w uszkodzonym obszarze, makrofagi pędzą do miejsc zapalenia i działają jak odkurzacze komórkowe, połykając atakujące mikroorganizmy, martwe lub umierające komórki i wszelkie inne szczątki.

Ta historia była częścią naszego numeru z maja 1997 r.

• Zobacz resztę numeru
• Subskrybuj

Ta praca oczyszczająca jest niezbędna, ponieważ pozwala organizmowi na skuteczną naprawę rany. Jeśli myślisz o miejscu rany jak o wyboju na ulicy, zadaniem makrofagów jest usunięcie wszelkich kawałków pokruszonego chodnika, zanim dziura zostanie wypełniona.

Jednak coraz więcej dowodów sugeruje, że ośrodkowy układ nerwowy człowieka – mózg i rdzeń kręgowy – odmawia sobie uzdrawiającego dotyku tych komórek odpornościowych. Podczas gdy makrofagi normalnie nie istnieją w ośrodkowym układzie nerwowym, powinny być w stanie tam migrować, gdy zostaną wezwane przez chemiczne substancje zapalne. Jednak kilka lat temu naukowcy zaczęli wykazywać, że niewiele makrofagów reaguje na urazy mózgu lub rdzenia kręgowego.

Idąc tym tropem, zespół badawczy kierowany przez Michala Schwartza z izraelskiego Instytutu Nauki Weizmanna odkrył niedawno, że ośrodkowy układ nerwowy ssaków wydziela cząsteczkę, która hamuje rekrutację i aktywność makrofagów. Według Schwartza cząsteczka, której naukowcy jeszcze nie nazwali, powstrzymuje również komórki mikrogleju w mózgu, które wydają się ściśle monitorować stan neuronów i przekształcać się w makrofagi w odpowiedzi na określone bodźce.

Dlaczego nasz centralny układ nerwowy miałby mieć środki do hamowania normalnie działającego układu odpornościowego? Schwartz spekuluje, że sprawowanie kontroli nad makrofagami ma kluczowe znaczenie, jeśli mózg ssaka ma zapobiegać przypadkowemu zniszczeniu jego skomplikowanych obwodów nerwowych. Zauważa, że ​​makrofagi żywią się bezkrytycznie, czasami pożerając zdrowe komórki w miejscu rany równie łatwo, jak bakterie i martwe komórki. W przypadku większości tkanek jest to rozsądny kompromis gwarantujący prawidłowe oczyszczenie rany. Jednak w mózgu i rdzeniu kręgowym każda utrata komórek może być katastrofalna. Schwartz uważa więc, że centralny układ nerwowy wyeliminował ryzyko, że makrofagi mogą omyłkowo uszkodzić go poprzez rozwój czynników hamujących komórki. Mówi, że to korzyść dla zdrowego mózgu, ale w przypadku kontuzji to wada.

Schwartz twierdzi, że tłumienie tych komórek odpornościowych leży u podstaw dobrze udokumentowanej niezdolności ludzkiego rdzenia kręgowego do samonaprawy. W przypadku urazu rdzenia kręgowego osoba pozostaje sparaliżowana, ponieważ aksony rdzenia, długie kable łączące jedną komórkę nerwową z drugą, nie regenerują się po zmiażdżeniu lub przecięciu. Uszkodzone komórki nerwowe wysyłają nowe rozszerzenia, ale wzrost tych raczkujących aksonów szybko się zatrzymuje.

Dlaczego aksony rdzenia kręgowego u ludzi nie regenerują się w pełni, podczas gdy aksony w rękach i nogach oraz w innych częściach naszego obwodowego układu nerwowego robią to ze względną łatwością, od dawna jest frustrującą tajemnicą. Przez dziesięciolecia naukowcy po prostu uważali, że rdzenie kręgowe ssaków nie mają zdolności do naprawy aksonów. Ostatnio pojawił się konsensus, że aksony w ośrodkowym układzie nerwowym rzeczywiście mogą się regenerować, ale substancje w ich środowisku aktywnie hamują ich całkowity odrost. Na przykład, poza cząsteczką Schwartza hamującą makrofagi, ośrodkowy układ nerwowy zawiera rodzaj mieliny – tłuszczowej izolacji otaczającej aksony – która zawiera co najmniej jedno białko, które bezpośrednio zatrzymuje regenerujący się akson w jego torze. Co ciekawe, mielina z obwodowego układu nerwowego nie zawiera tego białka.

Schwartz utrzymuje, że makrofagi są potrzebne do skutecznego oczyszczenia luźnej mieliny, która zawiera białko hamujące aksony i inne materiały, które przenikają miejsce uszkodzenia rdzenia kręgowego. W ostatnich eksperymentach na szczurach grupa Schwartza przetestowała terapeutyczne moce makrofagów na odciętych nerwach wzrokowych, grubych wiązkach aksonów, które przekazują informacje między siatkówką oka a mózgiem. Badacze pracują z nerwami wzrokowymi, ponieważ pasują one do rdzenia kręgowego pod względem niezdolności do regeneracji aksonów po urazie i mogą być łatwiej monitorowane. Jesienią ubiegłego roku grupa Schwartza poinformowała, że ​​makrofagi umieszczone w miejscu odciętego nerwu wzrokowego szczura pobudziły wzrost nowych aksonów w obrębie zmiany.

Wyzwanie polegało na tym, aby makrofagi, które normalnie istnieją w stanie spoczynku, weszły w tryb odkurzacza gojącego rany. Naukowcy odkryli, że kiedy komórki odpornościowe hodowano po raz pierwszy w laboratorium z tkanką z ośrodkowego układu nerwowego szczurów, przeszczepy makrofagów nie powiodły się, prawdopodobnie dlatego, że odkryta przez grupę Schwartza cząsteczka hamująca układ odpornościowy uniemożliwiła aktywację komórek. Ale kiedy makrofagi hodowano z segmentami nerwów obwodowych, przeszczepy komórek stymulowały regenerację aksonów.

Naukowcy, którzy przeprowadzili podobne eksperymenty na zmiażdżonych rdzeniach kręgowych szczurów, również uzyskali zachęcające wyniki. Wzięliśmy aktywowane makrofagi, umieściliśmy je w uszkodzonym rdzeniu kręgowym i znaleźliśmy zwiększoną regenerację, mówi Wolfgang Streit, neurolog z University of Florida Brain Institute. Streit sugeruje, że makrofagi, oprócz swoich funkcji czyszczących, mogą przygotowywać ścieżki do wzrostu aksonów poprzez układanie składników macierzy zewnątrzkomórkowej, siatki białek i innych molekuł wypełniających przestrzeń między komórkami.

Chociaż wczesne odkrycia były kuszące, stosowanie przeszczepów makrofagów do leczenia urazów rdzenia kręgowego jest strategią wciąż w powijakach. Następnym krytycznym krokiem jest udowodnienie, że aksony rdzenia kręgowego, które regenerują się po terapii makrofagami, mogą faktycznie przywrócić funkcję sparaliżowanych kończyn. Zarówno Streit, jak i Schwartz prowadzą już badania na zwierzętach, aby zbadać to pytanie.

Chociaż takie dowody nie są jeszcze dostępne, naukowcy są optymistyczni, że terapia przeszczepami makrofagów stanie się częścią arsenału stosowanego przez lekarzy w leczeniu uszkodzonych kręgosłupów. Pytanie nie brzmi już, czy aksony rdzenia kręgowego mogą się regenerować, mówi Wise Young, badacz urazów rdzenia kręgowego na Uniwersytecie Nowojorskim, ale jak możemy sprawić, by odrastały znacznie bardziej efektywnie.

ukryć