کشف مکانیسم انتقال میتوکندری از سلول های پشتیبان به نورون ها، رویکردی نوین برای درمان آسیب عصبی و دردهای مزمن ناشی از دیابت و شیمی درمانی فراهم کرده است.
یه مطالعه جدید نشون میده که نورون های حسی که مسئول درد هستن، برای دریافت انرژی شون به یه سرویس تحویل اختصاصی تکیه می کنن. محقق ها کشف کردن که سلول های پشتیبانی که اطراف این نورون ها رو گرفتن، میتوکندری ها (همون نیروگاه های سلول) رو از طریق یه سری پل های لوله مانند و خیلی ریز، به صورت فیزیکی منتقل می کنن. وقتی این زنجیره تامین از کار می افته، به نظر می رسه که در درمان آسیب عصبی و دردهای ناشی از شیمی درمانی و دیابت نقش داره. این تحقیق در مجله Nature منتشر شده است.
بدن ما یه شبکه پیچیده از نورون های حسی داره که اطلاعات مربوط به لمس، دما و درد رو به سیستم عصبی مرکزی می فرستن. این سلول ها با یه چالش لجستیکی خاص روبرو هستن. بدنه اصلی اونا در دسته هایی به نام گره های ریشه پشتی (DRG) نزدیک ستون فقرات قرار داره، اما زائده های نخ مانندشون که بهشون آکسون می گن، باید تا نوک انگشت های پا و دست برسن. حفظ سطح انرژی در چنین فواصل طولانی، از نظر مصرف انرژی خیلی سنگین و هزینه بره.
زیست شناس ها از قدیم این طور فکر می کردن که میتوکندری ها داخل خود سلول تولید می شن و همون جا هم برای تولید انرژی باقی می مونن. اما طول خیلی زیاد آکسون های حسی این سوال رو به وجود آورده که نورون ها چطوری انرژی کافی برای فعالیت و ترمیم خودشون رو تامین می کنن. یه تک نورون که از ستون فقرات انسان تا پا کشیده شده، می تونه تا یک متر طول داشته باشه. ساخت و انتقال میتوکندری از بدنه سلول به پایانه های دوردست، یه مانع بزرگ برای سلول محسوب می شه.
«جینگ شو» و «رو-رونگ جی»، محقق های مرکز پزشکی دانشگاه دوک، این فرضیه رو مطرح کردن که شاید این نورون ها به تنهایی کار نمی کنن. اونا روی سلول های گلیال ماهواره ای تمرکز کردن؛ نوعی سلول پشتیبان که بدنه نورون های حسی رو کاملا احاطه می کنه. برای ده ها سال، دانشمندها فکر می کردند این سلول های گلیال فقط نقش ضربه گیر ساختاری و حفظ تعادل شیمیایی رو دارن. «شو» و «جی» بررسی کردند که آیا این سلول ها ممکنه به عنوان باتری های خارجی هم عمل کنن یا نه.
مکانیسم انتقال میتوکندری؛ گامی به سوی درمان آسیب عصبی
برای درک نحوه انجام این انتقال، تیم از میکروسکوپ الکترونی با وضوح بالا استفاده کرد. این تکنیک تصویربرداری، اتصال های فیزیکی رو نشون داد که غشاهای بیرونی سلول های پشتیبان رو به نورون ها وصل می کرد. این اتصال ها به عنوان نانولوله های تونلی شناخته می شن. اونا مثل پل های موقتی عمل می کنن که اجازه می دن محموله های سلولی از یک محیط داخلی به محیط دیگه منتقل بشن.
محقق ها اجزای ساختاری این پل ها رو شناسایی کردن. اونا متوجه شدن که نانولوله ها از اکتین ساخته شدن؛ پروتئینی که اسکلت سلول ها رو تشکیل می ده. اونا همچنین یه پروتئین حرکتی خاص به نام میوزین 10 رو شناسایی کردن. به نظر می رسه این پروتئین باعث تشکیل تونل ها می شه و انتقال میتوکندری ها رو از داخل اونا تسهیل می کنه.
وقتی محقق ها به صورت ژنتیکی توانایی سلول های گلیال برای تولید میوزین 10 رو حذف کردن، انتقال میتوکندری متوقف شد. این مطالعه نشون داد که بدون این تزریق خارجی انرژی، نورون ها به مشکل می خورن. توانایی اونا برای مدیریت استرس اکسیداتیو کاهش پیدا کرد و فعالیت الکتریکی شون ناپایدار شد. این موضوع نشون داد که اهدای میتوکندری فقط یه امتیاز اضافی نیست، بلکه یه ضرورت برای سلامت نورون هاست.
تیم تحقیقاتی بعد از اون سعی کرد بفهمه که آیا این مکانیسم داخل بدن حیوانات زنده هم کار می کنه یا نه. اونا از نوع خاصی از موش ها استفاده کردن که برای تولید میتوکندری های فلورسنت مهندسی شده بودن. با ترکیب این روش با میکروسکوپ های پیشرفته، اونا وجود نانولوله های تونلی رو در گره های ریشه پشتی موش های زنده ثبت کردن. تصاویر تایید کرد که پدیده ای که در ظرف آزمایشگاه دیده شده بود، یه فرآیند بیولوژیکی طبیعیه.
ارتباط انتقال میتوکندری با نوروپاتی و آسیب عصبی
سپس تحقیقات به سمت رابطه بین انتقال میتوکندری و نوروپاتی رفت. نوروپاتی محیطی وضعیتیه که در اون آسیب عصبی باعث درد مزمن، گزگز و بی حسی می شه. این یه عارضه جانبی شایع در داروهای شیمی درمانی مثل پاکلی تاکسل و یه عارضه معمول در بیماری دیابته. محقق ها به موش ها پاکلی تاکسل دادن تا نوروپاتی ناشی از شیمی درمانی رو شبیه سازی کنن. درک این فرآیند حیاتی برای درمان آسیب عصبی است.
در موش هایی که با شیمی درمانی تحت درمان بودن، تعداد نانولوله های تونلی به شدت کاهش پیدا کرد. انتقال میتوکندری از سلول های گلیال به نورون ها به شدت مختل شد. محقق ها اختلال مشابهی رو در انتقال، در موش هایی که برای مدل سازی دیابت نوع 2 پرورش داده شده بودن، مشاهده کردن. در این موارد، اختلالات متابولیک می توانند پیامدهای گسترده ای داشته باشند، مشابه آنچه در بررسی رابطه چربی شکم و خطر افسردگی دیده می شود. در هر دو مدل، کاهش تحویل میتوکندری با افزایش حساسیت به درد و از بین رفتن فیبرهای عصبی در پوست مرتبط بود.
برای بررسی ارتباط این موضوع با سلامت انسان، تیم نمونه های بافتی اهداکننده های انسانی رو تجزیه و تحلیل کرد. اونا گره های ریشه پشتی اهداکننده های سالم رو با اهداکننده هایی که سابقه دیابت داشتن مقایسه کردن. بافت دیابتی کاهش قابل توجهی در بیان ژنتیکی میوزین 10 نشون داد. این یافته از این ایده حمایت می کنه که شکست این مکانیسم که در موش ها دیده شده، در انسان های مبتلا به نوروپاتی هم اتفاق می افته.
رویکردهای نوین در درمان آسیب عصبی با میتوکندری
واضح ترین مدرک برای نقش محافظتی این انتقال، از آزمایش های «نجات» به دست اومد. محقق ها سلول های گلیال ماهواره ای سالم رو جدا کردن و مستقیما به گره های ریشه پشتی موش های مبتلا به نوروپاتی تزریق کردن. این کار باعث شد ذخیره میتوکندری نورون های آسیب دیده دوباره تامین بشه.
نتایج این مداخله قابل اندازه گیری و مثبت بود. موش هایی که با سلول های گلیال سالم درمان شده بودن، در مقایسه با موش های گروه کنترل که درمانی دریافت نکرده بودن، تحمل درد بیشتری نشون دادن. علاوه بر این، به نظر می رسید که این درمان آسیب های فیزیکی اعصاب رو هم برطرف کرده. تراکم فیبرهای عصبی در پوست، که معمولا در زمان نوروپاتی از بین می ره، نشانه هایی از بازسازی رو نشون داد.
محقق ها این مسیر تحقیقاتی رو یک قدم فراتر بردن و کلا سلول ها رو کنار گذاشتن. اونا میتوکندری های خالص رو از سلول های گلیال سالم جدا کردن و این اندامک ها رو مستقیما به خوشه های عصبی آسیب دیده تزریق کردن. این تزریق مستقیم میتوکندری هم نتایج مشابهی داشت. رفتارهای ناشی از درد در موش ها فروکش کرد و اعصاب شروع به بهبودی کردن. این نشون می ده که خودِ میتوکندری ها عامل درمانی برای درمان آسیب عصبی هستن.
چالش ها و افق های آینده در درمان آسیب عصبی
البته نکاتی در مورد این یافته ها وجود داره که باید در نظر گرفته بشه. این مطالعه منحصرا روی گره های ریشه پشتی و نورون های حسی محیطی تمرکز داشته. هنوز مشخص نیست که آیا مکانیسم های انتقال مشابهی در مغز یا نخاع هم اتفاق می افته یا نه، چون اونجا نوع دیگه ای از سلول های پشتیبان به نام آستروسیت با نورون ها در تعامله. سیستم عصبی مرکزی معماری متفاوتی داره، بنابراین ممکنه فرآیندها دقیقا یکسان نباشن.
علاوه بر این، سیگنال های دقیقی که باعث تشکیل این نانولوله ها می شن هنوز شناسایی نشدن. محقق ها می دونن که سلول های گلیال اتصال رو شروع می کنن، اما هنوز نمی دونن نورون چه سیگنال شیمیایی برای درخواست کمک می فرسته. درک این مسیر سیگنال دهی برای ساخت داروهایی که بتونن این فرآیند رو بدون نیاز به تزریق های تهاجمی تحریک کنن، ضروریه.
عملی کردن این موضوع به عنوان یه درمان انسانی هم چالش هایی داره. تزریق مستقیم سلول یا میتوکندری به دسته های عصبی یه روش تهاجمیه. تحقیقات آینده باید مشخص کنه که آیا درمان های سیستمیک می تونن سلول های گلیال موجود در بدن رو برای ترمیم اتصال هاشون و از سرگیری انتقال میتوکندری تحریک کنن یا نه.
این مطالعه اساسا درک ما رو از نحوه بقای نورون ها تغییر می ده. این تحقیق نشون می ده که نورون حسی یه موجودیت مستقل نیست، بلکه سلولیه که از نظر متابولیکی به همسایه هاش وابسته ست. سلول های گلیال ماهواره ای مثل یه سیستم پشتیبانی حیات عمل می کنن و مدام ذخایر انرژی نورون رو شارژ می کنن. وقتی این خط حمایتی قطع می شه، نورون در برابر بیماری و آسیب آسیب پذیر می شه. این کشف افق های جدیدی برای درمان آسیب عصبی می گشاید.
یافته ها هدف جدیدی رو برای درمان نوروپاتی محیطی ارائه می دن. درمان های فعلی اغلب روی ضعیف کردن سیگنال های الکتریکی درد تمرکز دارن. این تحقیق یه رویکرد ترمیمی رو پیشنهاد می ده. با تعمیر زنجیره تامین انرژی، ممکنه بشه اعصاب آسیب دیده رو درمان کرد، نه اینکه فقط علائم رو پنهان کرد. این کار مسیر جدیدی رو برای بررسی چگونگی حفظ سلامت سیستم عصبی از طریق همکاری سلولی و درمان آسیب عصبی باز می کنه.
در نهایت، شناسایی این همکاری سلولی و نقش نانولوله های تونلی در جابه جایی میتوکندری، دریچه ای تازه به سوی درمان های بازسازی کننده در علوم اعصاب گشوده است. تمرکز بر تقویت این پیوندهای زیستی به جای صرفا تسکین علائم، نویدبخش آینده ای است که در آن ریشه دردهای مزمن هدف قرار می گیرد و سلامت عصبی از درون بازسازی می شود.
این مطالعه با عنوان «انتقال میتوکندری از گلیال به نورون ها از نوروپاتی محیطی محافظت می کند»، توسط جینگ شو، ایزه لی، چارلز نواک، مین لی، زیهان یان، سانگسو بنگ، آیدان مک گینیس، شارات چاندرا، ویویان ژانگ، وی هه، تری لکلر، ماریا پیا رودریگز سالازار، کاگلا اروگلو، متیو ال. بکر، دیمیتری ولمشف، ریچارد ای. چنی و رو-رونگ جی نوشته شده است.
Restoring cellular energy transfer heals nerve damage in mice
