Команда исследователей из Института клинических исследований Монреаля под руководством Фредерика Шарона в сотрудничестве с биоинженерами Университета МакГилл, обнаружили новый вид синергического взаимодействия в развитии нервной системы, который объясняет важный механизм, необходимый для правильного формирования нервных цепей.

Их важное открытие, опубликованное в научном журнале PLoS Biology, может, в конечном итоге, помочь в разработке инструментов для восстановления нервных клеток после повреждения нервной системы (например, головного и спинного мозга).

Исследователи в лаборатории Фредерика Шарона изучали нейроны, нервные клетки, из которых состоит центральная нервная система, а также их длинные отростки, известные как аксоны.

Во время развития, аксоны должны пройти специфический путь в нервной системе, чтобы правильно сформировать нейронные цепи и позволить нейронам передавать информацию друг другу.

Ученые из Института клинический исследований изучали процесс, названный управлением аксонами, для лучшего понимания, как им удается следовать своему правильному пути.

«Для достижения своей цели, растущие аксоны ориентируются на молекулы, известные как сигналы наведения, которые инструктируют их, в каком направлении им расти или не расти для того, чтобы достичь своего места назначения», — объясняет Фредерик Шарон, руководитель исследовательского отделения молекулярной биологии и развития нервной системы в Институте клинических исследований Монреаля.

За последние несколько десятилетий, научное сообщество пыталось понять, почему необходимо больше одного сигнала наведения для аксонов для достижения надлежащей цели.

В этой статье, ученые Института клинических исследований обнаружили, как аксоны использовали информацию от многих сигналов наведения, чтобы выбрать путь своего роста.

Для того чтобы это сделать, ученые изучали относительные изменения в концентрации сигналов наведения в окружающей нейрон среде, которая отражала крутизну градиента.

«Мы обнаружили, что крутизна градиента – это критический фактор для направления аксонов; чем круче градиент – тем лучше аксон отвечает на сигнал наведения, — говорит Тайлер Ф. В. Слоан, аспирант в лаборатории Фредерика Шарона.

– Кроме того, мы показали, что крутизны градиента одного сигнала наведения может быть недостаточно для ориентации аксонов. В таких случаях, мы обнаружили, что комбинация сигналов наведения могут синергично взаимодействовать друг с другом для помощи аксону интерпретировать направление градиента».

В тесном сотрудничестве с Нейроинженернй программой Университета МакГилл, команда Фредерика Шарона разработала инновационную технологию для воссоздания градиентов концентрации сигналов направления in vitro, что, по их словам, поможет изучать развитие аксонов за пределами их биологических условий.

«Этот новый метод дает нам ряд преимуществ, в сравнении с предыдущими техниками, и позволит симулировать более реалистические условия, встречающиеся в развивающихся эмбрионах, проводить долгосрочные эксперименты по наблюдению за процессами направления аксонов и получить очень полезную информацию, — додал Тайлер Слоан.

– Он сочетает в себе знания из области микрофлюидики (микрогидродинамики), которая использует жидкости в микроскопических количествах для миниатюризации биологических экспериментов, с клеточными, биологическими и молекулярными исследованиями, которые мы проводим в лабораториях».

«Это настоящая междисциплинарная работа, прекрасный пример того, как Нейроинженерная программа стремиться помочь в ситуациях, в которых такие нейробиологи, как я, имеют конкретный вопрос, но существующие инструменты не приспособлены для ответа на этот вопрос, — упоминает Фредерик Шарон.

– Благодаря этой уникальной программе, мы объединились с биоинженерами МакГилла, и их эксперты в микрофлюидном и математическом моделировании создали оборудование, необходимое для нашего исследования».

Этот научный прорыв может приблизить нас к восстановлению поврежденных нервных клеток после травм центральной нервной системы, — заявляет Фредерик Шарон.

– Лучшее понимание механизмов, участвующих в направлении аксонов, открывает новые возможности в развитии техники лечения повреждений, связанных с травмой спинного мозга, даже нейродегенеративных заболеваний».

Повреждения центральной нервной системы поражает много людей каждый год и может привести к пожизненной инвалидности. Чаще всего они наступают в результате несчастных случаев, инсультов и других заболеваний, и эти повреждения в настоящее время очень сложно восстановить. Следовательно, необходимы исследования для развития новых возможностей восстановить поражения центральной нервной системы.