Voor het eerst hebben wetenschappers een gedetailleerde atlas van zenuwcellen van zebravissen gemaakt. De atlas vertelt wetenschappers hoe deze bijzondere vissen afgesneden ruggenmerg volledig kunnen genezen en kan aanwijzingen bieden over hoe behandelingsstrategieën voor menselijke dwarslaesies kunnen worden ontwikkeld. De bevindingen worden gedetailleerd beschreven in een onderzoek dat op 15 augustus in het tijdschrift werd gepubliceerd Natuurcommunicatie.
Stamcellen zijn niet de enige
Kleine en doorschijnende zebravissen behoren tot een elitegroep van gewervelde dieren die een doorgesneden ruggenmerg volledig kunnen genezen. Andere leden van deze groep zijn onder meer staartamfibieën zoals salamanders en axolotls en palingachtige prikken. Bij mensen kan een dwarslaesie volledig levensveranderend zijn en permanent verlies van gevoel of beweging veroorzaken. Dit komt deels doordat beschadigde neuronen altijd afsterven.
Als het ruggenmerg van de zebravis gewond raakt, reageren de beschadigde neuronen door hun cellulaire functies dramatisch te veranderen. Ze spelen een nieuwe en centrale rol bij het orkestreren van de zeer precieze gebeurtenissen die hen in staat stellen te genezen. Hoewel wetenschappers weten dat neuronen van zebravissen een dwarslaesie overleven, laat dit nieuwe onderzoek zien hoe.
[Related: A primitive part of the zebrafish brain helps them find their way home.]
Het voortbestaan en het aanpassingsvermogen van de afgesneden neuronen zelf zijn noodzakelijk voor volledige regeneratie van het ruggenmerg. Verrassend genoeg spelen stamcellen die in staat zijn nieuwe neuronen te vormen en waarvan algemeen wordt aangenomen dat ze een centrale rol spelen bij regeneratie, hier een meer complementaire rol. Een andere groep blessurepreventieneuronen leidt de aanval.
“We ontdekten dat de meeste, zo niet alle, aspecten van neuraal herstel die we bij mensen proberen te bereiken van nature voorkomen bij zebravissen”, zegt Mayssa Mokalled, co-auteur van de studie en ontwikkelingsbioloog aan de Washington University School of Medicine in St. Lodewijk. , aldus de aankondiging. “De verrassende observatie die we hebben gedaan is dat er sterke mechanismen zijn voor neuronale bescherming en herstel die onmiddellijk na een blessure plaatsvinden.”
Het team is van mening dat deze beschermende mechanismen ervoor zorgen dat neuronen in de eerste plaats letsel kunnen overleven. Vervolgens nemen ze ‘spontane plasticiteit’ of flexibiliteit in hun functies over. Dit geeft de zebravis de tijd om de nieuwe neuronen die nodig zijn voor volledig herstel opnieuw te laten groeien.
“Onze studie heeft genetische doelwitten geïdentificeerd die ons zullen helpen dit soort plasticiteit in menselijke en andere zoogdiercellen te bevorderen,” zei Mokalled.
Door de evoluerende rollen van verschillende celtypen die betrokken zijn bij regeneratie in kaart te brengen, onthulde Time dat de flexibiliteit van overlevende gewonde neuronen en hun vermogen om onmiddellijk te herprogrammeren na verwonding de reeks gebeurtenissen in gang zet die nodig zijn voor volledige hergroei van het ruggenmerg. Als de neuronen die de verwonding hebben overleefd, worden uitgeschakeld, krijgen de vissen niet hun normale zwemvermogen terug, ook al zijn de regeneratieve stamcellen er nog steeds.
Giftige neuronen
Als bij mensen en andere zoogdieren het lange ruggenmerg wordt doorgesneden of verbrijzeld, veroorzaakt dit een reeks giftige gebeurtenissen die neuronen doden, waardoor de omgeving van het ruggenmerg giftig en vijandig wordt voor herstelmechanismen. Deze neuronale toxiciteit kan enkele redenen opleveren waarom pogingen om stamcellen te gebruiken om ruggenmergletsels bij mensen te behandelen zijn mislukt. In plaats van zich te concentreren op regeneratie met behulp van stamcellen, suggereert het nieuwe artikel dat nieuwe methoden voor de behandeling van ruggenmergletsels bij mensen moeten beginnen met het redden van gewonde neuronen van de dood.
“Neuronen op zichzelf, zonder verbindingen met andere cellen, overleven niet”, zei Mokalled. “Bij de zebravis denken we dat afgesneden neuronen de stress van een blessure kunnen overwinnen, omdat hun flexibiliteit hen helpt om direct na een blessure nieuwe lokale verbindingen te maken. Ons onderzoek suggereert dat dit een tijdelijk mechanisme is dat tijd koopt, neuronen beschermt tegen de dood en het systeem in staat stelt neurale circuits te behouden terwijl het hoofdruggenmerg wordt opgebouwd en geregenereerd.”
Er zijn aanwijzingen dat dit genezende vermogen aanwezig is, maar sluimerend, in de neuronen van zoogdieren. Het vinden hiervan zou volgens het team kunnen leiden tot nieuwe therapieën.
[Related: Swapping genes can help fruit flies regenerate cells.]
‘We hopen dat het identificeren van de genen die dit beschermende proces bij de zebravis aansturen – waarvan versies ook in het menselijk genoom voorkomen – ons zal helpen manieren te vinden om neuronen bij mensen te beschermen tegen de golven van celdood die we zien na ruggenmergletsels. “, aldus Mokalled.
Hoewel deze studie zich op neuronen concentreerde, is de regeneratie van het ruggenmerg een uiterst complex proces. Toekomstig werk zal zich waarschijnlijk verdiepen in deze nieuwe atlas van cellen om te begrijpen wat andere celtypen doen tijdens de regeneratie van het ruggenmerg. Het team is vooral geïnteresseerd in de rol die niet-neuronale cellen, glia genaamd, spelen in het centrale zenuwstelsel, naast immuuncellen. Er zijn ook onderzoeken gaande die de bevindingen bij de zebravis vergelijken met wat er gebeurt in het zenuwweefsel van muizen en mensen.