Oamenii de știință de la Universitatea Cambridge au creat sisteme miniaturale de creier și măduvă spinării crescute în laborator, care imită modul în care semnalele de mișcare călătoresc prin sistemul nervos uman. Folosind acest model, echipa a descoperit că leziunile nervoase considerate cândva permanente ar putea fi de fapt reversibile în anumite condiții.

Pe măsură ce corpul uman se dezvoltă dintr-un embrion într-un făt și, în cele din urmă, într-un sugar, neuronii formează rețele complexe de comunicare între creier și măduva spinării. Aceste semnale călătoresc prin axoni, fibrele nervoase lungi care permit neuronilor să trimită mesaje și să controleze mișcarea musculară. În timp, însă, sistemul nervos central își pierde în mare măsură capacitatea de a regenera axonii deteriorați. Ca urmare, leziunile creierului sau măduvei spinării devin adesea permanente, ducând la dizabilități grave, cum ar fi paralizia sau pierderea mișcării. Această pierdere a capacității regenerative este, de asemenea, legată de boli neurologice, inclusiv boala neuronului motor și scleroza multiplă.

În 2021, dr. András Lakatos și colegii săi de la Universitatea Cambridge au dezvoltat modele miniaturale de creier uman folosind celule stem prelevate de la pacienți. Aceste „organoide cerebrale” de mărimea unui bob de mazăre semănau cu părți ale cortexului cerebral și au permis cercetătorilor să studieze modificările moleculare legate de boala neuronului motor și să exploreze modalități de a le preveni. Acum, într-un nou studiu publicat în Cell Reports, cercetătorii au extins această muncă prin construirea unei versiuni miniaturale a sistemului conectat creier-măduvă spinării uman. Deoarece creierul și măduva spinării sunt structuri separate, dar conectate în corp, echipa a păstrat organoidele fizic separate în laborator. Apoi, au observat axonii din țesutul cerebral crescând peste spațiul dintre ele și conectându-se cu țesutul măduvei spinării. Circuitul neural rezultat a fost suficient de funcțional pentru a declanșa contracții în grupuri mici de celule musculare.

Oamenii de știință au menținut aceste sisteme miniaturale în laborator timp de peste un an. Au descoperit că până în jurul zilei 150 de dezvoltare, corespunzând aproximativ stadiului mijlociu al sarcinii, axonii deteriorați se puteau încă regenera. După acest punct, neuronii au arătat o scădere majoră a capacității lor de a se regenera. George Gibbons de la Departamentul de Neuroștiințe Clinice de la Universitatea Cambridge și primul autor al studiului a spus: „Neuronii prelevați din organoide mai puțin mature au regenerat fibre lungi după leziune, dar cei din organoide mai mature au arătat o scădere bruscă a capacității de a se regenera. Cu alte cuvinte, regenerarea slabă este încorporată în neuronii umani pe măsură ce se maturizează în sistemul nervos central.”

Echipa a analizat activitatea genelor în neuronii care conectează creierul și măduva spinării. Munca lor a relevat o rețea de gene care acționează ca un comutator biologic, limitând creșterea axonilor pe măsură ce neuronii se maturizează și formează sinapse. În mod remarcabil, atunci când cercetătorii au blocat regulatorii cheie din această rețea, neuronii și-au recăpătat capacitatea de a crește din nou axoni. Cercetătorii au căutat, de asemenea, o bază de date de compuși medicamentoși pentru a identifica medicamente care afectează această rețea genetică nou identificată. Un candidat promițător a fost linestrenolul, un medicament hormonal aprobat în prezent pentru anumite tulburări menstruale și uz contraceptiv. Când medicamentul a fost testat pe neuroni deteriorați, a îmbunătățit semnificativ regenerarea axonilor.

Oamenii de știință au remarcat că țesutul cicatricial și inflamația pot interfera, de asemenea, cu repararea nervilor după leziune. Cu toate acestea, înțelegerea mecanismelor biologice specifice neuronilor care limitează regenerarea rămâne critic de importantă. Dovezile anterioare au arătat că neuronii mai tineri pot crește prin medii care blochează în mod normal repararea la locurile leziunii. Autorul principal, dr. András Lakatos, care a condus studiul la Departamentul de Neuroștiințe Clinice, a spus: „Când creierul și măduva spinării sunt deteriorate, fibrele nervoase care transportă semnalele de mișcare de la creier la măduva spinării rareori se regenerează. De aceea paralizia este de obicei permanentă. Dar nu știam exact când devine limitată capacitatea axonilor de a se regenera. Modelul nostru oferă o bună