Η στιγμή κατά την οποία ένα νευρικό κύτταρο απελευθερώνει τους νευροδιαβιβαστές του στο συναπτικό χάσμα είναι εξαιρετικά σύντομη.

Ερευνητές της Charité – Πανεπιστημιακής Ιατρικής του Βερολίνου και του Max Delbrück Center κατάφεραν να την "παγώσουν" και να την αποτυπώσουν μικροσκοπικά. Τις εικόνες των κυστιδίων που συγχωνεύονται παρουσιάζουν τώρα στο επιστημονικό περιοδικό "Nature Communications".

Η διαδικασία διαρκεί μόλις λίγα χιλιοστά του δευτερολέπτου: ένα κυστίδιο, γεμάτο νευροδιαβιβαστές και μεγέθους μόνο λίγων νανομέτρων, πλησιάζει την κυτταρική μεμβράνη, συγχωνεύεται μαζί της και απελευθερώνει τις χημικές αγγελιοφόρες ουσίες του στο συναπτικό χάσμα, ώστε αυτές να προσδεθούν στο επόμενο νευρικό κύτταρο.

Μια ερευνητική ομάδα με επικεφαλής τον καθηγητή Christian Rosenmund, τελευταίο συγγραφέα της δημοσίευσης και αναπληρωτή διευθυντή του Ινστιτούτου Νευροφυσιολογίας της Charité, κατέγραψε με μικροσκοπικές εικόνες αυτή τη στιγμή-κλειδί για τη λειτουργία του εγκεφάλου.

"Μέχρι σήμερα κανείς δεν γνώριζε με λεπτομέρεια πώς ακριβώς συμβαίνει η σύντηξη των συναπτικών κυστιδίων με την κυτταρική μεμβράνη", λέει η πρώτη συγγραφέας της μελέτης, δρ Jana Kroll, η οποία πλέον εργάζεται στην ερευνητική ομάδα.

"Δομική βιολογία μεμβρανικών διεργασιών" του καθηγητή Oliver Daumke στο Max Delbrück Center. "Στα πειράματά μας με νευρώνες ποντικού μπορέσαμε να δείξουμε ότι αρχικά σχηματίζεται μια σημειακή σύνδεση. Αυτό το μικροσκοπικό "στέλεχος" διευρύνεται στη συνέχεια σε έναν πόρο, μέσω του οποίου οι νευροδιαβιβαστές περνούν στο συναπτικό χάσμα", εξηγεί η Jana Kroll.

"Χάρη σε μια τεχνολογία που αναπτύχθηκε επί περισσότερα από πέντε χρόνια, καταφέραμε για πρώτη φορά να "παρακολουθήσουμε" τις συνάψεις την ώρα που λειτουργούν, χωρίς να τις διαταράξουμε", προσθέτει ο Christian Rosenmund.

"Η Jana Kroll πραγματοποίησε εδώ πραγματική πρωτοποριακή δουλειά", σημειώνει ο επιστήμονας, ο οποίος είναι επίσης μέλος του διοικητικού συμβουλίου του Cluster Αριστείας NeuroCure.

Καταψυγμένα στιγμιαία σε αιθάνιο

Για να παρατηρήσουν τις συνάψεις σε πραγματικό χρόνο, οι ερευνητές χρησιμοποίησαν νευρικά κύτταρα ποντικού, τα οποία είχαν προηγουμένως τροποποιήσει με τη βοήθεια της οπτογενετικής, ώστε να ενεργοποιούνται με ένα φωτεινό σήμα και να αρχίζουν αμέσως να απελευθερώνουν νευροδιαβιβαστές.

Μέσα σε ένα έως δύο χιλιοστά του δευτερολέπτου, η ομάδα "καταψύχωνε" τα νευρικά κύτταρα σε αιθάνιο στους μείον 180 βαθμούς Κελσίου. "Με αυτή τη μέθοδο, που ονομάζεται plunge freezing, όλες οι κυτταρικές διεργασίες σταματούν ακαριαία και μπορούν να απεικονιστούν με ηλεκτρονικό μικροσκόπιο", εξηγεί η Jana Kroll.

Οι επιστήμονες εντόπισαν και μια ακόμη ενδιαφέρουσα λεπτομέρεια: "Παρατηρήσαμε ότι τα περισσότερα από τα κυστίδια που συγχωνεύονται συνδέονται μέσω μικρών ινιδίων με τουλάχιστον ένα ακόμη κυστίδιο – μόλις ένα κυστίδιο συγχωνευτεί με την κυτταρική μεμβράνη, το επόμενο είναι ήδη έτοιμο", αναφέρει η Jana Kroll. "Θεωρούμε ότι αυτή η άμεση μορφή στρατολόγησης κυστιδίων επιτρέπει στους νευρώνες να στέλνουν σήματα για μεγαλύτερο χρονικό διάστημα και έτσι να διατηρούν την επικοινωνία τους".

Καλύτερη αντιμετώπιση της επιληψίας

Η σύντηξη των κυστιδίων που απεικόνισε η ομάδα λαμβάνει χώρα στους εγκεφάλους μας εκατομμύρια φορές κάθε λεπτό. Η κατανόηση της διαδικασίας σε βάθος είναι σημαντική και για ιατρικούς λόγους: "Σε πολλούς ανθρώπους με επιληψία ή άλλες παθήσεις των συνάψεων είναι γνωστές μεταλλάξεις σε πρωτεΐνες που συμμετέχουν στη σύντηξη των κυστιδίων", εξηγεί ο Christian Rosenmund. "Αν αποκαλύψουμε τον ακριβή ρόλο αυτών των πρωτεϊνών, μπορούμε να αναπτύξουμε πιο στοχευμένες θεραπείες για τέτοιες συναπτοπάθειες".

"Η προσέγγιση που παρουσιάζουμε εδώ για χρονικά αναλυμένη κρυο-ηλεκτρονική μικροσκοπία με χρήση φωτός δεν περιορίζεται στους νευρώνες, αλλά μπορεί να εφαρμοστεί σε πολλούς τομείς της δομικής και κυτταρικής βιολογίας", προσθέτει η Jana Kroll.

Η ίδια σκοπεύει τώρα να επαναλάβει τα πειράματά της στο Max Delbrück Center με ανθρώπινους νευρώνες που θα παραχθούν από βλαστοκύτταρα. Ωστόσο, όπως προειδοποιεί, δεν πρόκειται για εύκολη διαδικασία: "Τα κύτταρα χρειάζονται περίπου πέντε εβδομάδες στο εργαστήριο μέχρι να αναπτύξουν τις πρώτες συνάψεις και είναι εξαιρετικά ευαίσθητα".

Ειδήσεις υγείας σήμερα
Μικραίνει ο εγκέφαλος όσο μεγαλώνουμε;
Συλλυπητήριο μήνυμα κ. Διονυσίου Φιλιώτη για την εκδημία της Κλεοπάτρας Σαμούρκα
Παιδική κώφωση: Εντοπίστηκαν πάνω από 200 γονιδιακές μεταλλάξεις