בעוד שהסיבות המדויקות למחלות מוח נוירודגנרטיביות כמו אלצהיימר ודמנציה עדיין לא ידועות ברובן, חוקרים הצליחו לזהות מאפיין מפתח במוח הפגוע: זרימת דם מופחתת. בהתבסס על הבנה בסיסית זו, צוות ב-Pen State מצא לאחרונה כי נראה כי נוירון נדיר הפגיע ביותר ללחץ הנגרם מחרדה אחראי על ויסות זרימת הדם ותיאום הפעילות העצבית בעכברים.
החוקרים גילו שביטול נוירוני nNOS מסוג 1 – המהווים פחות מ-1% מ-80 מיליארד הנוירונים של המוח ומתים כאשר הם נחשפים ללחץ רב מדי – הביא לירידה בזרימת הדם ובפעילות החשמלית במוחות העכברים, מה שמדגים את ההשפעה שיש לסוג הנוירון הזה על תפקודי המוח התקינים של בעלי חיים, כולל בני אדם. הם פרסמו את המחקר שלהם היום (11 בנובמבר) ב eLife.
פטריק דרו, פרופסור למדע הנדסה ומכניקה בפן סטייט וחוקר ראשי בפרויקט, הסביר שלמרות שיותר מ-20 זנים שונים של נוירונים מרכיבים כל חלק במוח, נוירונים מסוג nNOS מסוג 1 בקליפת המוח הסומטו-סנסורית – האזור שמעבד מגע, טמפרטורה וקלט חושי אחר מהגוף – ממלאים תפקיד קריטי בגירוי הוורידים האוספונריים ובגירוי הוורידים. מוח.
במוח שלך, העורקים, הוורידים והנימים עוזרים להעביר נוזלים על ידי התרחבות והתכווצות מתמדת כל כמה שניות, שאנו מכנים תנודה ספונטנית. עבודה קודמת מהמעבדה שלנו הראתה כי נוירוני nNOS חשובים לוויסות זרימת הדם במוח. לאחר מיקוד וחיסול תת-קבוצה של נוירונים אלה, ראינו ירידה משמעותית במשרעת התנודות הללו."
פטריק דרו, פרופסור למדע הנדסה ומכניקה, פן סטייט
לדברי דרו, המחזיק גם במחלקות להנדסה ביו-רפואית, נוירוכירורגיה וביולוגיה בפן סטייט, כאשר עכברים נחשפים לחוויות מלחיצות נפשית, הנוירונים העדינים הללו יכולים למות בקלות. בעוד שחוקרים אחרים קשרו בעבר הזדקנות עם ביצועי מוח מופחתים וסיכון מוגבר למחלות נוירודגנרטיביות, דרו אמר שיש הרבה פחות מחקר על מתח וההשפעות השליליות שלו על זרימת הדם.
"אנו מתעניינים באופן נרחב כיצד זרימת הדם מווסתת במוח, מכיוון שהיא מספקת חומרים מזינים וחמצן לנוירונים", אמר דרו. "זרימת דם מופחתת היא אחד מגורמים רבים התורמים להפחתת תפקוד המוח ולמחלות ניווניות עצביות. למרות שאנו יודעים שההזדקנות משחקת תפקיד מרכזי בכך, אובדן הנוירונים הנדירים הללו ללחץ כרוני עלול להיות סיבה סביבתית לא נחקרה לבריאות מוח לקויה".
כדי להבין מה קורה ללא נוירוני nNOS מסוג 1 במוח, הצוות הזריק לעכברים תערובת של ספורין – חלבון רעיל המסוגל להרוג נוירונים – ושרשרת כימית של חומצות אמינו המכונה פפטיד, שיכולה לזהות ולהיצמד לסמנים גנטיים ספציפיים הנפלטים על ידי נוירוני nNOS מסוג 1. סמנים אלו מבדילים בין נוירוני nNOS מסוג 1 במוח, ומאפשרים לחוקרים לספק באופן שיטתי ספורין ולחסל אותם מבלי לפגוע בתאי עצב אחרים. הצוות בפן סטייט הוא הראשון להשתמש בשיטה זו כדי למקד את הנוירונים הספציפיים הללו, לדברי דרו. בעוד שמוח עכבר אינו מודל מושלם למוח האנושי, חלק ניכר מהפיזיולוגיה – כולל סוג והרכב נוירונים – תואמים, אמר דרו, כך שסוג זה של עבודה יכול לחשוף מידע שסביר להניח ממפה לבני אדם.
לאחר הזרקת העכברים, החוקרים תיעדו שינויים בפעילות המוח ובהתנהגויות גופניות כמו הרחבת עיניים ותנועת שפם. הצוות צפה בתנודות של כלי דם מוחיים ברזולוציה ברמת מיקרומטר – קטן בערך פי 100 מרוחב של שערה אנושית, לפי דרו. החוקרים השתמשו גם באלקטרודות ובהדמיה מתקדמת כדי לעקוב אחר זרמים חשמליים במוח.
העכברים הראו לא רק זרימת דם מופחתת, אלא פעילות עצבית חלשה יותר ברחבי המוח, מה שמצביע על כך שנראה כי נוירונים מסוג nNOS אלה חשובים בסיוע לנוירונים לתקשר זה עם זה, הסביר דרו. בנוסף, הצוות זיהה הפחתות אלו בזרימת הדם והפעילות העצבית היו גבוהות יותר במהלך השינה מאשר במצב ער, מה שמעיד על נוירונים אלו יכולים למלא תפקיד בתמיכה במוח במהלך השינה.
לדברי דרו, אופטימיזציה של הליך זה תספק דרך יעילה ולא גנטית לחוקרים לחקור נוירונים מסוג nNOS מסוג 1 וההשפעות של איבודם בפירוט רב יותר. למרות שמוקדם מדי לצייר קשר ישיר בין צפיפות מופחתת של נוירונים אלה עם סיכון מוגבר לאלצהיימר ודמנציה, דרו אמר כי עתיד המחקר הזה יתמקד בחקירה כיצד אובדן הנוירונים הללו מתקשר עם גורמי סיכון גנטיים למחלות.
מחברים אחרים הקשורים ל-Pen State בפרויקט כוללים את ניקול קראולי, פרופסור חבר לביולוגיה; קווין טרנר, שקיבל את הדוקטורט שלו בביו-הנדסה והנדסה ביו-רפואית בפן סטייט; דקוטה ברוקווי, שקיבל את הדוקטורט שלו במדעי המוח מפן סטייט; קייל גרס, שקיבל את הדוקטורט שלו במדעי הביולוגי המולקולריים והאינטגרטיביים מפן סטייט; Md Shakhawat Hossein, דוקטורנט להנדסה ביו-רפואית; קית' גריפית', דוקטורנט במכללה לרפואה; ודנבר גרינוואלט, דוקטורנט למדעי הביולוגי מולקולריים, הסלולריים והמשולבים. בנוסף, צ'ינגגואנג ג'אנג, עוזר פרופסור למדע ביו-מולקולרי, מדעי המוח ופיזיולוגיה באוניברסיטת מישיגן סטייט, תרם למחקר זה.
עבודה זו נתמכה על ידי המכון הלאומי לבריאות בארה"ב והמלגה הקדם-דוקטורט של איגוד הלב האמריקאי.
