Urazy rdzenia kręgowego należą do najpoważniejszych uszkodzeń układu nerwowego. Według danych Światowej Organizacji Zdrowia (WHO) każdego roku dochodzi na świecie do nawet 500 tys. takich urazów, a ok. 15,4 mln osób żyło z ich skutkami w 2021 r.

W wielu przypadkach uszkodzenie rdzenia oznacza trwały paraliż, problemy z poruszaniem się, przewlekły ból i utratę samodzielności. To dlatego, że neurony w mózgu i rdzeniu kręgowym praktycznie nie potrafią odbudowywać zerwanych połączeń. Dotyczy to nie tylko urazów komunikacyjnych czy wypadków, ale też części chorób, m.in. stwardnienia rozsianego czy choroby neuronu ruchowego.

Naukowcy z University of Cambridge wyhodowali w laboratorium miniaturowy model połączonego mózgu oraz rdzenia kręgowego. Wykorzystali go, aby pokazać, jak uszkodzenia tych połączeń, wcześniej uważane za "nieodwracalne", mogą być w rzeczywistości odwracalne. Wyniki opublikowano w czasopiśmie Cell Reports.

Miniaturowy układ nerwowy w naczyniu

Naukowcy wykorzystali ludzkie komórki macierzyste do stworzenia organoidów, czyli miniaturowych modeli tkanek przypominających rozwijający się mózg i rdzeń kręgowy. Hodowali je osobno, ale pozwolili neuronom tworzyć połączenia między obiema strukturami.

Z czasem włókna nerwowe zaczęły "wyrastać" z organoidu mózgowego do rdzeniowego. Powstał działający obwód nerwowy, który potrafił nawet aktywować niewielkie skupiska mięśni. Model rozwijał się w laboratorium przez ponad rok. Dzięki temu obserwowano, jak dojrzewają ludzkie neurony i co dzieje się z ich zdolnością do regeneracji po uszkodzeniu.

Kiedy neurony tracą zdolność regeneracji

Naukowcy zauważyli, że do ok. 150. dnia rozwoju - czyli mniej więcej połowy ciąży - uszkodzone włókna nerwowe nadal potrafiły odrastać. Później tę zdolność traciły.

Mniej dojrzałe neurony po uszkodzeniu tworzyły nowe długie włókna nerwowe. Bardziej dojrzałe komórki praktycznie traciły tę możliwość. Dlaczego? Wiele wskazuje, że taka ograniczona regeneracja jest częścią naturalnego dojrzewania ludzkiego układu nerwowego. To oznacza, że problem w regeneracji rdzenia kręgowego nie wynika z samego urazu ani z powstających blizn, a z natury dojrzałych neuronów.

Naukowcy przyjrzeli się aktywności genów w neuronach i znaleźli takie, które działają jak swoiste "hamulce" blokujące odrastanie aksonów (długich wypustek nerwowych odpowiedzialnych za przekazywanie sygnałów). Gdy część tych genów została wyłączona, neurony ponownie zaczęły odbudowywać uszkodzone włókna nerwowe.

Badacze poszli o krok dalej i sprawdzili, czy istnieją już leki mogące wpływać na odkrytą sieć genów. Jednym z najbardziej obiecujących okazał się linestrenol - lek hormonalny stosowany m.in. w antykoncepcji. W eksperymentach wspierał odrastanie uszkodzonych włókien nerwowych, co może w przyszłości otworzyć drogę do nowych terapii regenerujących układ nerwowy.

Coraz większa rola organoidów w medycynie

Organoidy, często nazywane mini-organami, są coraz częściej wykorzystywane do modelowania biologii i chorób człowieka. W samym tylko Cambridge naukowcy wykorzystują je m.in. do naprawy uszkodzonych wątrób, zrozumienia choroby Leśniowskiego-Crohna u dzieci czy modelowania wczesnych etapów ciąży.

Takie modele pozwalają obserwować procesy, których nie da się badać bezpośrednio u ludzi. Dzięki nim naukowcy mogą też szybciej testować nowe leki i sprawdzać, jak ludzkie tkanki reagują na uszkodzenia albo terapię. Takie technologie będą w najbliższych latach odgrywać coraz większą rolę w neurologii i medycynie regeneracyjnej.

Czytaj także:

Miniaturowa wątroba ujawnia, kiedy lek staje się trucizną

USA wstrzymują badania z użyciem ludzkiej tkanki płodowej