המודל המקיף ביותר של חילוף החומרים של המוח, הכולל יותר מ- 16,800 אינטראקציות ביוכימיות, זיהה יעדי מפתח כדי להפוך את הירידה הקשורה לגיל בתפקוד המוח. הניתוח החדש של אינטראקציות מורכבות בין פעילות עצבית, חילוף חומרים וזרימת הדם מצא כי השבת כימיה בדם לרמות נעורים באמצעות תזונה, פעילות גופנית ותוספי מזון עשויה לשפר את חוסן המוח לפגיעה. מדענים יכולים כעת להשתמש במודל זה כדי למצוא דרכים למניעת מחלות הקשורות לגיל, כמו דמנציה.
מודל חדש עם קוד פתוח של חילוף חומרים מוחי-המורכב ביותר שנוצר אי פעם-הראה כיצד שינוי כימיקלים מרכזיים יכולים להחזיר תאים מיושנים לפעילותם ולחוסן הצעיר שלהם.
החוקרים, שכתבו בגבולות במדע, מצאו כי הפחתת גלוקוז הדם, כמו גם הגדלת רמות קטון הדם והלקטט, עשויה לעזור להחזיר את התפקוד המטבולי במוח מזדקן. פוטנציאל, ניתן להשיג את כולם באמצעות שינויים באורח החיים, כולל פעילות גופנית והאוכל שאנו אוכלים.
הממצאים מגיעים עד כה ממודל המחשב המקיף ביותר של חילוף החומרים המוחי, הכולל יותר מ 16,800 אינטראקציות ביוכימיות בין חלבונים לכימיקלים על פני תאי מוח, תאים תומכים והדם.
מדענים יכולים כעת להשתמש במודל קוד פתוח זה כדי למצוא דרכים למניעת מחלות הקשורות לגיל, כמו דמנציה.
מחקר זה מספק תצוגת רנטגן לסוללה שמפעילה את המוח. כעת אנו יכולים לעקוב אחר מערכת האנרגיה של המוח מתיישן ברמה המולקולרית. "
הנרי מרקראם, פרופסור למדעי המוח באקול פוליטכניק פדרלה דה לאוזאן (EPFL), שוויץ, מחבר הבכיר של המחקר
חוסן נעורים
הסימולציה המפורטת – ניתוח של אינטראקציות מורכבות בין פעילות עצבית, מטבוליזם וזרימת דם – מבוסס על נתונים ממוח אנושי ומכרסמים. זה מספק הצצה לאופן שבו חילוף החומרים המוחי מתפרק עם הגיל ופוגע בתפקודו, כמו גם לזהות דרכים פוטנציאליות ניתנות להפעלה להחזרת חוסן נעורים. אנו שמים דרישות כבדות לנוירונים של המוח שלנו כדי לנווט את חיי היומיום שלנו. זה דורש הרבה אנרגיה ותמיכה, המגיעים מאספקת הדם ותאים 'גלייה' התומכים הנקראים אסטרוציטים.
כדי להבין את ההשפעה של ההזדקנות על חילוף החומרים של המוח, הצוות כלל אלמנטים אלה במודל שלהם, בהם השתמשו כדי להשוות בין המצבים המטבוליים של מוח צעיר ומבוגר. בסך הכל, הם חישבו את ההשפעה של שינויים הקשורים לגיל על 16,800 אינטראקציות בין חלבונים לכימיקלים על פני נוירונים, גליה והדם. המודל חשף כי לשינויים בכמויות של מולקולות מסוימות יכולות להיות השפעות דפיקות מורכבות, מה שמשפיע על תגובות מטבוליות רבות ושונות בבת אחת. פירוש הדבר שהתאים היו פגיעים יותר לנזק מכיוון שהם פחות היו מסוגלים להסתגל ולהתאושש.
היא גם הדגישה יעדי תרופות פוטנציאליים, כמו גם את היתרון הפוטנציאלי של השלמת ניקוטינאמיד אדנין דינוקלאוטיד (NAD) – מולקולה הממלאת תפקיד חיוני באספקת האנרגיה של המוח. תוספי תזונה מגבירים NAD נחקרו בעבר כטיפול בזקנות בריאה פוטנציאלית.
ד"ר פולינה שיצ'קובה, המחבר הראשי של גבולות במדע המחקר, אמר: "הופתענו מהתלות ההדדית של התגובות המולקולריות, ויסות הדוק ומאותות במערכת זו. הראינו כיצד שבריריות חילוף החומרים המוחי נובעת מהתמוטטות של מסלולי מטבולי רבים, לא רק אחת, ממצא שקורא לטיפולי יעד מרובים."
גילוי מעבר לגורמי אורח החיים
הגילוי איפשר לצוות להבין את המנגנונים המולקולריים המורכבים שקובעים את החוסן, הגמישות והיכולת ההסתגלות של המוח המזדקן. על ידי שינוי כמויות הכימיקלים העיקריים, החוקרים מצאו כי ניתן לשחזר את התאים הזקנים לפעילותם ולחוסן הנעורים שלהם.
"הממצאים שלנו חורגים ממה שכבר ידענו על גורמי אורח החיים האלה", אמר שיצ'קובה. "המודל שלנו מציע מנגנון מולקולרי מפורט של פרקטיקות אלה, שיעזור להנחות את החוקרים לפתח התערבויות מדויקות או יעילות יותר."
החוקרים השתמשו גם במודל כדי לזהות יעדי תרופות אפשריים שיכולים להחזיר את החוסן לתאי המוח. הם זיהו חלבון הנקרא אלפא קולטן הקשור לאסטרוגן (ESRRA), המחובר לירידה הקשורה לגיל. ממצא זה יכול להוביל למחקר נוסף על פיתוח טיפולים יעילים לתמיכה בנוירונים מזדקנים.
שיצ'קובה אמר כי "אמנם בדרך כלל ישנם צעדים רבים בין תחזיות מודל חישובי והנחיות מעשיות לאנשים, אך חלק מההצעות של המודל שלנו כוללות תוספי מזון שאושרו כבר, שינויים תזונתיים או הרגלי אורח חיים.
כלי למחקר נוסף
החוקרים בנו את המודל באמצעות נתונים זמינים לציבור המפרטים את פעילות הגנים של תאי מוח אצל בני אדם ועכברים. כאשר השוו את תוצאותיה לנתונים ניסיוניים שאינם משמשים לאימונים, המודל ניבא במדויק שינויים בפעילות הביוכימית בנוירונים עם הגיל. זה אימת את התועלת שלו ככלי מחקר וערך ממצאיו.
שיצ'קובה אמר: "הייתה צורך בגישה דוגמנות זו בגלל המורכבות של המערכת, שלא ניתן ללמוד בקלות בניסוי. בעוד שהמודל נבנה מנתונים ניסיוניים, תחזיות הסימולציה להתנהגות הרשת המולקולרית ינחו בתורם מחקר ביולוגי נוסף."
המחקר היה חלק מפרויקט Blue Brain, שמטרתו לפתח הדמיות ושחזורים של מוח העכבר. המודל יהיה זמין בפלטפורמת המוח הפתוחה בהנחיית מכון המוח הפתוח, ויאפשר למדעי המוח להפעיל הדמיות על בסיס המחקר.
הצוות מקווה שזה יעזור להאיץ את המחקר על מחלות ניווניות הקשורות לגיל, כמו דמנציה. חילוף החומרים באנרגיה הוא גורם שורש פוטנציאלי לתנאים כאלה, ולכן מחקר נוסף בנושא זה, כמו גם לאמת את הממצאים בקרב נבדקים אנושיים, עשוי לעזור למצוא דרכים חדשות להגביר את ההגנות של המוח.
מחקר זה נתמך על ידי מימון לפרויקט Blue Brain, מרכז מחקר של école polytechnique fédérale de lausanne, מתוך מועצת Eidgenössische Technische Technische (ETH) של הממשלה השוויצרית של המוסדות הטכנולוגיים הפדרליים השוויצריים.
