Ένας παγωμένος εγκέφαλος που εξακολουθεί να θυμάται: Η επαναστατική αναθεώρηση της νευροεπιστήμης
Στις μακροπρόθεσες εφαρμογές η πρόταση για να τεθούν οργανισμοί σε μια μορφή αναστρέψιμης χειμερίας νάρκης
Snapshot
- Ερευνητές κατάφεραν να διατηρήσουν και να αναζωογονήσουν εγκεφαλικό ιστό ενηλίκων με λειτουργική ηλεκτρική δραστηριότητα μετά από κρυοσυντήρηση.
- Η τεχνική υαλοποίησης αποτρέπει τον σχηματισμό κρυστάλλων πάγου, προστατεύοντας τη δομή και τις συναπτικές συνδέσεις του εγκεφαλικού ιστού.
- Μετά την απόψυξη, ο ιστός εμφάνισε ικανότητα για μακροχρόνια ενδυνάμωση συνάψεων, που σχετίζεται με τη μάθηση και τη μνήμη.
- Οι εφαρμογές περιλαμβάνουν τη βραχυπρόθεσμη συντήρηση ιστών για έρευνα και φαρμακολογικές δοκι
Οι επιστήμονες βρήκαν έναν τρόπο να παρακάμψουν ένα εμπόδιο που αφορούσε στην κατάψυξη του εγκεφαλικού ιστού, που μέχρι πρόσφατα σήμαινε την καταστροφή του.
Τώρα υποστηρίζουν πως βρήκα τον τρόπο όχι μόνο να διατηρήσουν ανέπαφες τις νευρικές συνδέσεις, αλλά και αρκετά λειτουργικές ώστε να επιτρέπουν την εκμάθηση νέων δεξιοτήτων.
Μια ομάδα Γερμανών ερευνητών απέδειξε ότι ο εγκεφαλικός ιστός ενηλίκων μπορεί να υποβληθεί σε κρυοσυντήρηση και να αναζωογονηθεί, διατηρώντας παράλληλα την ικανότητά του να μεταδίδει ηλεκτρικά σήματα και να δημιουργεί νέες μνήμες.
Η μελέτη, που δημοσιεύθηκε στο περιοδικό Proceedings of the National Academy of Sciences, σηματοδοτεί την πρώτη φορά που επιτεύχθηκε λειτουργική αποκατάσταση σε ιστό εγκεφάλου ενήλικου θηλαστικού μετά από πλήρη κρυοσυντήρηση.
Τα ευρήματα αντιμετωπίζουν ένα μακροχρόνιο εμπόδιο στη νευροεπιστήμη: οι προηγούμενες μέθοδοι κατάψυξης κατέστρεφαν συστηματικά τη λεπτή αρχιτεκτονική του νευρικού ιστού, καθιστώντας αδύνατη τη λειτουργική αποκατάσταση.
Προσαρμόζοντας μια διαδικασία που ονομάζεται υαλοποίηση (στην οποία ο ιστός στερεοποιείται σε μια κατάσταση παρόμοια με το γυαλί αντί να σχηματίζει καταστροφικούς κρυστάλλους πάγου), οι ερευνητές στο Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg κατάφεραν να διατηρήσουν τόσο τη δομή όσο και τη λειτουργία του ιστού του ιππόκαμπου σε ενήλικα ποντίκια.
Το πρόβλημα του πάγου και πώς το λύνει η υαλοποίηση
Η κεντρική πρόκληση στην κρυοσυντήρηση εγκεφαλικού ιστού ήταν πάντα ο σχηματισμός πάγου. Όταν ο βιολογικός ιστός παγώνει με τον συμβατικό τρόπο, τα μόρια νερού οργανώνονται σε κρυστάλλους που σπάζουν φυσικά τις κυτταρικές μεμβράνες και διακόπτουν τις συναπτικές συνδέσεις, τις μικροσκοπικές διασταυρώσεις μέσω των οποίων επικοινωνούν οι νευρώνες.
«Ο σχηματισμός κρυστάλλων πάγου είναι ο λόγος για τον οποίο το ακραίο κρύο είναι συνήθως τόσο επιβλαβές για τα ζωντανά όντα», εξήγησε ο Δρ. Alexander German του Τμήματος Μοριακής Νευρολογίας στο Uniklinikum Erlangen. «Οι κρύσταλλοι μπορούν να προκαλέσουν μηχανική βλάβη στα κύτταρα, καταστρέφοντας έτσι την ευαίσθητη νανοδομή του ιστού.»
Η υαλοποίηση παρακάμπτει το πρόβλημα αντικαθιστώντας ένα σημαντικό μέρος της περιεκτικότητας του ιστού σε νερό με κρυοπροστατευτικά μέσα, χημικές ενώσεις που αποτρέπουν την κρυστάλλωση κατά τη διάρκεια της ψύξης.
Η λειτουργία του εγκεφάλου αποκαθίσταται μετά την επαναθέρμανση
Το πιο σημαντικό εύρημα ήρθε μετά την απόψυξη του ιστού. Αντί να επιβιώνει απλώς με δομική έννοια, ο ιστός του ιππόκαμπου επανέλαβε την ενεργή ηλεκτρική λειτουργία.
Οι ερευνητές κατέγραψαν αυθόρμητα ηλεκτρικά σήματα που διαδίδονταν μέσω των νευρικών δικτύων στον αναζωογονημένο ιστό και επιβεβαίωσαν ότι οι συνάψεις παρέμεναν ικανές για μακροχρόνια ενδυνάμωση, μια διαδικασία κατά την οποία οι επαναλαμβανόμενες ενεργοποιήσεις των συνδέσεων μεταξύ των νευρώνων ενισχύονται με την πάροδο του χρόνου. Ο μηχανισμός αυτός θεωρείται κεντρικός για τον τρόπο με τον οποίο ο εγκέφαλος κωδικοποιεί τη μάθηση και τη μνήμη. \
Σύμφωνα με τη δημοσιευμένη μελέτη, η LTP στη βασική σύναψη Schaffer collateral–CA1 μετρήθηκε στο 138% της βασικής τιμής σε τομές μετά τη βιτροποίηση, σε σύγκριση με το 157% σε μάρτυρες που δεν υποβλήθηκαν σε θεραπεία, μια διαφορά που δεν έφτασε σε στατιστική σημασία.
Οι ερευνητές αναγνωρίζουν διάφορους περιορισμούς. Οι παρατηρήσεις περιορίστηκαν σε ένα σύντομο χρονικό διάστημα μερικών ωρών μετά την απόψυξη, καθώς οι τομές εγκεφάλου φυσιολογικά αλλοιώνονται εντός 10 έως 15 ωρών εκτός του σώματος.
Οι μέθοδοι ψύξης και επαναθέρμανσης που χρησιμοποιήθηκαν λειτουργούν επίσης κοντά στα φυσικά όρια του εφικτού για ιστό αυτού του μεγέθους, και οι συγγραφείς προειδοποιούν ότι τα αποτελέσματα δεν πρέπει να ερμηνευθούν ως άμεσα εφαρμόσιμα στη συντήρηση μεγαλύτερων οργάνων.
Οι πιθανές εφαρμογές βραχυπρόθεσμα που προσδιορίστηκαν στη μελέτη περιλαμβάνουν την αποθήκευση δειγμάτων ιστού που έχουν αφαιρεθεί χειρουργικά για μεταγενέστερες φαρμακολογικές δοκιμές, και τη συντήρηση δειγμάτων για έρευνα στις νευροεπιστήμες σε διαφορετικές τοποθεσίες και χρονικά σημεία.
Ο Δρ German έχει επίσης προτείνει μακροπρόθεσμες δυνατότητες, συμπεριλαμβανομένης της δυνατότητας να τεθούν οργανισμοί σε μια μορφή αναστρέψιμης χειμερίας νάρκης για εφαρμογές στα διαστημικά ταξίδια ή για ασθενείς με ασθένειες που δεν μπορούν να θεραπευτούν σήμερα. Αυτές οι προοπτικές, ωστόσο, παραμένουν πολύ πέρα από ό,τι αποδεικνύει η παρούσα έρευνα.
