איך אנחנו חושבים, מרגישים, זוכרים או זזים? תהליכים אלה כוללים העברה סינפטית, בה מועברים אותות כימיים בין תאי עצב באמצעות מיכלים מולקולריים הנקראים שלפוחית. כעת, החוקרים עיצבו בהצלחה את מחזור השלפוחית בפרטים חסרי תקדים, וחשפו מידע חדש על אופן תפקוד המוח שלנו.
מחקר משותף, שפורסם ב התקדמות מדעיתבין חוקרים במכון אוקינאווה למדע וטכנולוגיה (OIST), יפן, והמרכז הרפואי האוניברסיטאי גוטינגן (UMG), גרמניה, יישמה מערכת דוגמנות חישובית ייחודית, הרוקבת את יחסי הגומלין המסובכים של שלפוחית, סביבות הסלולר שלהם, פעילויות ואינטראקציות, כדי ליצור תמונה ריאליסטית של אופן התושבים הסינפטיים שלהם. המודל שלהם מנבא פרמטרים של פונקציה סינפטית שלא ניתן היה לבדוק בניסוי בעבר, ופותחים דרכים חדשות בחקירות מדעי המוח.
ההתקדמות הטכנולוגית האחרונה אפשרה למדענים ניסויים לתפוס כמויות הולכות וגדלות של נתונים. האתגר טמון כעת בשילוב ופרשנות של כל סוגי הנתונים השונים, כדי להבין את המורכבות של המוח. המודל שלנו מספק פרט מולקולרי ומרחבי טוב יותר של מחזור שלפוחית, ומהיר בהרבה, מכל מערכות אחרות לפני כן. וזה ניתן להעברה גם לתאים ותרחישים שונים. זוהי קפיצת מדרגה משמעותית לקראת שאיפות מדעיות של סימולציה של תאים מלאים והדמיית רקמות מלאה. "
פרופסור אריק דה שטר, ראש היחידה למדעי המוח החישוביים של OIST ומחבר משותף למחקר זה
"אנו עובדים על סינפסות כבר למעלה מ 20 שנה, אך כמה צעדים פונקציונליים היו קשים לבדיקה בניסוי. לאחר מספר שנים של כוונון עדין של עבודה ניסיונית וחישובית עם עמיתינו היפנים, יש לנו כעת מודל לבדיקת השערות חדשות, במיוחד בהקשר של מחלות נוירולוגיות, הוסיפו גם סילביו ריזולי, מנהל המחלקה למחלקה נוירולוגית ובאמצעות.
מה מחזור השלפוחית הסינפטי?
מחזור השלפוחית מתאר את הצעדים שדרכם משתחררים מעבירים עצביים (אותות כימיים) בסינפסה (צומת בין תאי עצב), כדי להעביר מידע בין התאים. שלפוחית המכילה מעבירים עצביים נעים ומעגנים בקרום, מוכנים להתמזג ולשחרר את תוכנם, לפני שהם ממוחזרים. התהליך מתבקש על ידי גירוי חשמלי בתוך המוח ומונע על ידי מפל איתות מורכב.
בהתאם למצב, יש לשחרר כמויות שונות של מעבירים עצביים לאורך תקופות זמן שונות. כדי לאפשר העברה סינפטית מבוקרת ומתמשכת, רק 10-20% מהשלפוחיות זמינות לרציף בכל זמן נתון (אלה ידועים כבריכת המיחזור). מרבית שלפוחית היקף נמצאת בבריכת מילואים, המונעת באשכול.
פרטים רבים על תהליך זה, כולל כיצד שלפוחיות נעות בין השמורה לבריכת המיחזור, היו ידועים בצורה לא טובה.
המנגנונים של מיחזור שלפוחית בתדר גירוי גבוה
בפרסום שלהם, החוקרים שופכים אור חדש על תהליך המיחזור שלפוחית בסינפסות בהיפוקמפוס. עם המודל שלהם, הם כיוונו לאשר גם את התנהגותם של שלפוחית בתדרי ירי שנצפו בניסוי, ולחקור התנהגות בתדרים גבוהים יותר.
הם גילו כי מחזור שלפוחית הצליח לפעול בתדרי גירוי גבוהים, הרבה מעבר למה שנמצא בדרך כלל בטבע. הם גם הצליחו להצביע על כמה מהסיבות שמאחורי מחזור חזק זה, תוך זיהוי התפקידים של חלבוני המפתח Synapsin-1 ו- Tomosyn-1 בוויסות שחרור שלפוחית מבריכת המילואים המקובצת.
החוקרים ציינו כי היעילות של מחזור שלפוחית הסתמכה על קשירה מולקולרית. על ידי חיבור פיזית של כמה שלפוחיות לקרום עם טטרס, ניתן היה להעמיד אספקה קרובה של שלפוחית לעגינה מהירה ושחרור עצבי.
ממצאים חשובים אלה מאפשרים הבנה עמוקה יותר של מיחזור שלפוחית, תהליך המעורב במחלות רבות ושונות. "לדוגמה, שחרורם של מעבירים עצביים נפגע בבוטוליזם או בתסמונות מיאסטניות מסוימות. טיפולים לדיכאון ומחלות נוירולוגיות מרכזיות אחרות מתמקדות לעתים קרובות בהעברה סינפטית", הסביר פרופ 'דה שוטר. "כשאנחנו מרחיבים את המודלים שלנו, היישומים הפוטנציאליים הם עצומים, הן בפיתוח טיפולים חדשים, והן בהעמקת ההבנה הבסיסית שלנו כיצד עובד המוח."
