Когда спинной мозг поврежден, поврежденные нервные волокна, называемые аксонами, обычно неспособны к повторному росту, что приводит к необратимой потере функции. Были проведены значительные исследования, чтобы найти способы способствовать регенерации аксонов после травмы. Результаты исследования, проведенного на мышах и опубликованного в журнале Cell Metabolism, показывают, что увеличение энергоснабжения этих поврежденных нервов спинного мозга может способствовать возобновлению роста аксонов и восстановлению некоторых двигательных функций. Исследование было проведено в сотрудничестве между Национальными институтами здравоохранения и Медицинской школой Университета Индианы в Индианаполисе.
"Мы первыми показали, что травма спинного мозга приводит к энергетическому кризису, который неразрывно связан с ограниченной способностью поврежденных аксонов к регенерации," сказал Zu-Hang Sheng, Ph.D., старший научный сотрудник Национального института неврологических расстройств и инсульта Национального института здоровья (NINDS) и соавтор исследования.
Как бензин для автомобильного двигателя, клетки тела используют химическое соединение, называемое аденозинтрифосфатом (АТФ), в качестве топлива. Большая часть этого АТФ производится клеточными электростанциями, называемыми митохондриями. В нервах спинного мозга митохондрии можно найти вдоль аксонов. Когда аксоны повреждены, соседние митохондрии также часто повреждаются, нарушая выработку АТФ в поврежденных нервах.
"Ремонт нервов требует значительного количества энергии," сказал доктор. Шэн. "Наша гипотеза заключается в том, что повреждение митохондрий в результате травмы серьезно ограничивает доступный АТФ, и этот энергетический кризис препятствует повторному росту и восстановлению поврежденных аксонов."
Проблема усугубляется тем, что во взрослых нервах митохондрии закрепляются внутри аксонов. Это заставляет поврежденные митохондрии оставаться на месте, затрудняя их замену, что ускоряет локальный энергетический кризис в поврежденных аксонах.
Лаборатория Sheng, одна из ведущих групп, изучающих митохондриальный транспорт, ранее создала генетических мышей, у которых отсутствует белок, называемый синтафилином, который связывает митохондрии в аксонах. В этих "нокаутные мыши" митохондрии могут свободно перемещаться по аксонам.
"Мы предположили, что усиление транспорта поможет удалить поврежденные митохондрии из поврежденных аксонов и восполнить неповрежденные аксоны, чтобы спасти энергетический кризис" сказал доктор. Шэн.
Чтобы проверить, влияет ли это на регенерацию нервов спинного мозга, лаборатория Sheng сотрудничала с Xiao-Ming Xu, M.D., Ph.D. и коллеги из Медицинской школы Университета Индианы, которые являются экспертами в моделировании различных типов травм спинного мозга.
"Травма спинного мозга разрушительна, затрагивая пациентов, их семьи и наше общество," сказал доктор. Сюй. "Хотя наше научное сообщество добилось огромного прогресса, эффективных методов лечения не существует. Безусловно, существует острая необходимость в разработке новых стратегий для пациентов с травмой спинного мозга."
Когда исследователи изучили три модели повреждений спинного и головного мозга, они заметили, что у мышей с нокаутом синтафилина наблюдался значительно больший отрастание аксонов в месте повреждения по сравнению с контрольными животными. Недавно выросшие аксоны также установили соответствующие связи за пределами места повреждения.
Когда исследователи посмотрели, приводит ли этот рост к функциональному восстановлению, они увидели многообещающее улучшение мелкой моторики передних конечностей и пальцев мыши. Это предполагает, что увеличение митохондриального транспорта и, следовательно, доступной энергии к месту повреждения может быть ключом к восстановлению поврежденных нервных волокон.
Для дальнейшего тестирования модели энергетического кризиса мышам давали креатин, биоэнергетическое соединение, которое усиливает образование АТФ. Как контрольные, так и нокаутные мыши, получавшие креатин, показали повышенный рост аксонов после травмы по сравнению с мышами, получавшими физиологический раствор вместо этого. У мышей с нокаутом, получавших креатин, наблюдался более устойчивый рост нервов.
"Мы были очень воодушевлены этими результатами," сказал доктор. Шэн. "Регенерация, которую мы наблюдаем у наших мышей с нокаутом, очень значительна, и эти результаты подтверждают нашу гипотезу о том, что дефицит энергии сдерживает способность центральной и периферической нервной системы восстанавливаться после травмы."
Доктор. Шэн также отмечает, что эти результаты, хотя и многообещающие, ограничены необходимостью генетического манипулирования мышами. Мыши, у которых отсутствует синтафилин, демонстрируют долгосрочное влияние на регенерацию, в то время как один креатин вызывает лишь умеренную регенерацию. Дальнейшие исследования необходимы для разработки терапевтических соединений, которые более эффективно проникают в нервную систему и увеличивают выработку энергии для возможного лечения травм головного и спинного мозга.