Korzystając z modelu zwierzęckiego stwardnienia rozsianego (MS), naukowcy z National Institutes of Health (NIH) stworzyli czterymiarową mapę mózgu, która ujawnia, w jaki sposób zmiany podobne do zmian w ludzkiej formie MS. Odkrycia te, opublikowane w Science, zapewniają okno na wczesny stan chorobowy i mogą pomóc w zidentyfikowaniu potencjalnych celów leczenia MS i naprawy tkanki mózgowej.
Naukowcy, prowadzeni przez doktora Ping-Ping Lin, dr, Daniela S. Reicha, MD, Daniela S. Reicha, zarówno w NIH National Institute of Neurological Chissorders and Stroke (NINDS), połączone powtarzające się obrazowanie MRI z analizą tkanki mózgu, w tym ekspresję genów, w celu śledzenia początku i rozwoju luzie Like. Odkryli nową sygnaturę MRI, która może pomóc w wykryciu obszarów mózgu zagrożonych uszkodzeniem tygodnie przed wystąpieniem jakichkolwiek widocznych zmian. Zidentyfikowali także „mikrośrodowiska” w dotkniętej tkance mózgu na podstawie obserwowanych wzorców funkcji neuronowej, stanu zapalnego, odpowiedzi immunologicznych i wspierających komórek, ekspresji genów oraz poziomów uszkodzeń i naprawy.
„Identyfikacja wczesnych zdarzeń, które występują po zapaleniu i dokuczanie, które są reparative w porównaniu z szkodliwymi, może potencjalnie pomóc nam wcześniej zidentyfikować aktywność choroby stwardnienia rozsianego i rozwinąć leczenie w celu spowolnienia lub powstrzymania jej postępu” – powiedział dr Reich.
MS jest spowodowane przez układ odpornościowy organizmu atakującego ochronne pokrycie włókien nerwowych, zwane mieliną. Prowadzi to do stanu zapalnego, utraty mielinowej i tworzenia się „zmian” lub „tabliczek” w tkance mózgowej. Większość tego, co wiadomo na temat postępu stwardnienia rozsianego, pochodzi z analizy postmortem ludzkiej tkanki mózgowej, zwykle uzyskanej dekady po początkowym wystąpieniu choroby. Oznacza to brak wczesnych zmian, które wystąpiły przed wystąpieniem objawów.
Aby naśladować warunki ludzkiego mózgu, naukowcy zdecydowali się nie używać modelu myszy dla stwardnienia rozsianego, zamiast tego rozwijając model wykorzystujący marmoset, nieludzki naczelny. W porównaniu z mózgami myszy, mózgi marmoset i ludzkie mają wyższy stosunek istoty białej („przewody” mózgu) do istoty szarej (ciała komórek neuronalnych). Model marmosetu tworzy wiele zmian, które bardzo przypominają te widziane w ludzkim stwardnieniu rozsianym i które można śledzić w czasie rzeczywistym za pomocą obrazowania MRI. Ponieważ zmiany te można indukować eksperymentalnie, model oferuje spojrzenie na najwcześniejsze stadia stanu zapalnego i odpowiedzi immunologicznej, które prowadzą do demielinizacji podobnej do MS.
Jednym z zidentyfikowanych kluczowych graczy był specyficznym rodzajem astrocytów, jednego z typów komórek wspierających w mózgu, który włącza gen zwany Serpine1 lub inhibitor aktywatora plazminogenu-1 (PAI1). Znaleźli astrocyty wyrażające w serpine1 w wrażliwych granicach mózgu przed wystąpieniem widocznego uszkodzenia, skupiając się w pobliżu naczyń krwionośnych i wypełnionych płynem komorami mózgu i sygnalizując przyszłe obszary rozwoju zmian. Te astrocyty wydawały się również wpływać na zachowanie innych komórek w pobliżu obszaru zmiany, w tym zdolność komórek odpornościowych do wejścia do mózgu i przyczyniające się do stanu zapalnego, a także na komórki prekursorowe zaangażowane w naprawę mielinów.
Biorąc pod uwagę, że astrocyty wyrażające serpine1 nagromadzone na krawędziach rosnących zmian, w których zachodzą uszkodzenie, ale rozpoczyna się również gojenie, ich potencjalna podwójna rola w koordynacji sygnałów, które mogłyby prowadzić do naprawy tkanki lub dalszych uszkodzeń, była nieoczekiwana zmarszczka, która będzie wymagała dalszych badań. Możliwe, że najwcześniejsze reakcje mogą być częścią mechanizmu ochronnego, który staje się przytłoczony w miarę postępu obrażeń. Możliwe jest również, że sam ten sam mechanizm może stać się chorobowy.
„Jeśli ktoś wyobraża sobie fort pod oblężeniem, początkowo ściany mogą powstrzymać atak” – powiedział dr Reich. „Ale jeśli te ściany zostaną naruszone, wszystkie obrony w środku można obrócić przed samym fortem”.
Odkrycia te mogą również mieć wpływ na urazy mózgu wykraczające poza to, co widać w MS. Chociaż istnieją różne rodzaje obrażeń ogniskowych mózgu, w tym urazowe uszkodzenie mózgu, udar, stan zapalny i infekcja, istnieje skończona liczba sposobów reagowania tkanki na uszkodzenie. W rzeczywistości wiele reakcji widzianych tutaj na zapalenie, stres i uszkodzenie tkanek prawdopodobnie będzie powszechne w różnych typach urazów, a mapa mózgu utworzona w tym badaniu może działać jako zasób, aby umożliwić dokonywanie porównań w bardziej ludzkim kontekście.
Zespoły naukowe budują nowy model innego stanu autoimmunologicznego wpływającego na granice mózgu. Chcą również rozszerzyć swój zestaw danych o starzenie się zwierząt, co może pomóc poprawić nasze zrozumienie postępującego stwardnienia rozsianego, stanu chorobowego o znaczącej i niezaspokojonej potrzebie terapeutycznej.
Badanie to zostało częściowo poparte programem badań wewnątrzmoralnych w NIH z dodatkowym wsparciem Dr Miriam i Sheldon G. Adelson Medical Research Foundation oraz National Strażnik Strakierów.