Eliminazione di neuroinfections da impulsi laser ultracorti

Il danno ai neuroni (danno neurale) porta a cambiamenti irreversibili nelle cellule, negli organi e nelle funzioni del corpo. Si verificano a causa di:

  • ferita
  • processi infettivi e infiammatori,
  • intossicazione
  • malattie ereditarie,
  • patologie aspecifiche (ipoglicemia, anemia, diminuzione della circolazione cerebrale, sclerosi multipla, ecc.).

Gli scienziati canadesi hanno recentemente sviluppato un nuovo metodo universale per ripristinare le connessioni tra i neuroni utilizzando un laser emettendo impulsi laser a femtosecondi (estremamente brevi). L'universalità del metodo è che può essere applicata a qualsiasi tipo di cella, compresi quelli attraverso i quali vengono trasmesse le informazioni.

Neuroni: come viene condotta la comunicazione intercellulare

La trasmissione di informazioni nel sistema nervoso avviene attraverso un impulso elettrico e un segnale chimico: questo tipo di comunicazione viene eseguita nella sinapsi - il pannello di contatto interfase di due neuroni.

Il lavoro sia del sistema nervoso centrale (SNC) che del sistema nervoso periferico (PNS) è simile. Questo è possibile, grazie ai neuroni e alla rete sinaptica, i mezzi di comunicazione intercellulare.

Struttura del neurone

Un tipico neurone consiste in un corpo cellulare (soma), dendriti e assoni:

  • I dendriti sono processi di neuroni brevi e ramificati.
  • Axon è un'estensione cellulare che percorre lunghe distanze nel corpo degli umani e di altre specie. Axon può effettuare diverse transizioni e alla fine connettersi a più celle.

Nel cervello di un adulto, ci sono circa 300 trilioni di sinapsi.

Trasmissione di connessioni neurali

I collegamenti tra le cellule nervose vengono effettuati in questi modi:

  • dall'assone di un neurone ai dendriti o al corpo cellulare di un altro;
  • dall'assone all'assone;
  • dai dendriti ai dendriti e così via.

Le membrane cellulari di soma e assone attivano la tensione in canali ionici chiusi elettricamente conduttivi (canali Ca, Na, K e cloruro-ionici).

Perché il danno neuronale è irreversibile?

Il neurone è una cellula specifica che non può essere divisa, specialmente in età adulta. Pertanto, il danno al nervo dovuto a traumi può portare a funzioni compromesse del sistema nervoso periferico.

Paralisi dopo lesioni spinali e cerebrali, la perdita di sensibilità è associata a un blocco completo di conduttività - la rottura delle connessioni tra i neuroni efferenti (motori) e afferenti (sensoriali).

(Sì, la neurogenesi dipende da molte condizioni esterne e può essere inibita da influenze dannose (radiazioni, sostanze chimiche, stress), ma l'emergere di nuovi neuroni si verifica anche negli adulti, specialmente nell'ippocampo, nelle regioni temporali del cervello.

Maggiori informazioni sulla regolazione della neurogenesi, sui modi per influenzarla - in un video interessante alla fine dell'articolo).

Tipi di danno neuronale

  • Degenerazione di Waller:
    • Rottura del nervo, danno all'assone e alla sua guaina mielinica.
    • Una settimana dopo l'infortunio, inizia il blocco della conduttività.
    • Il restauro è possibile se si mantiene la membrana basale (le sue funzioni comprendono la produzione di mielina (cellule di Schwann) e la selezione (approssimazione) delle terminazioni nervose).
    • Il risultato di tale danno può essere l'atrofia muscolare nella zona di innervazione dei neuroni.
  • Demielinizzazione segmentale:
    • Il danno è limitato alla guaina mielinica.
    • Con la conservazione dell'assone non si osserva la distrofia muscolare.
  • Degenerazione degli assoni:
    • Il corpo della cellula nervosa è danneggiato e l'assone muore.
    • Lo sviluppo di atrofia muscolare si verifica in assenza di innervazione ripetuta dai nervi vicini.
    • Con questo tipo di danno, è possibile solo il recupero parziale.

Metodi sperimentali per il ripristino del danno neuronale

Negli ultimi dieci anni gli scienziati hanno lottato con nuovi metodi per prevenire il blocco della conduzione e la morte degli assoni dopo il trauma e preservare la vitalità della rete neurale:

  • Le rotture di Axon sono state eliminate posizionando attraverso la rottura della matrice permissiva.
  • La terapia cellulare con farmaci nootropici è stata utilizzata per stimolare la crescita e la rigenerazione degli assoni danneggiati.
  • Come metodi alternativi per il danno alla guaina mielinica, sono stati usati inibitori della crescita dei neuroni associativi e inibitori della crescita del rumine.
  • Per prevenire la morte cellulare dopo l'infortunio, è stata utilizzata la difesa molecolare.

Tuttavia, tutti questi metodi incoraggianti hanno avuto solo un successo parziale.

Mentre non è possibile fare la cosa principale:

Collegare in modo selettivo un assone particolare al corpo di una cellula neuronale.

Quando la combinazione di singoli neuroni può essere fatta, una rivoluzione avrà luogo nella scienza e le porte si apriranno per una ricerca senza precedenti nel campo della neurologia, della fisiologia, della biologia cellulare e della biochimica.È possibile trattare gravi lesioni del midollo spinale e lesioni periferiche del sistema nervoso.

Il metodo laser di collegamento della rottura neuronale

obiettivi:

  • Ricollegare i neuroni immediatamente dopo la lesione e prevenire il blocco della conduzione.
  • Verifica l'ipotesi di attaccamento fisico e recupero quando si avvicinano le terminazioni nervose.

La tecnologia laser con l'uso di impulsi a femtosecondi è un candidato brillante per la connessione selettiva dei neuroni. È usato in nanochirurgia come metodo di cura del cancro:

  • per orto-corporea (apertura del canale di transizione nella membrana cellulare)
  • trasfezione (l'introduzione di acidi nucleici nelle cellule nucleari).

Rimuovere o ionizzare un materiale più piccolo del punto di diffrazione senza intaccare i tessuti circostanti.

Gli impulsi laser a femtosecondi sono stati anche usati come strumento per studiare la rigenerazione dei neuroni dividendo neuroni e assoni.

Ma la connessione fisica dei singoli neuroni non è stata ancora eseguita.

Essenza dell'esperimento

Come risultato del test, sotto l'influenza della radiazione laser con parametri di messa a punto precisi, è stato prodotto un biomateriale coltivato nella soluzione DMEMemifuzia (fusione) di due membrane fosfolipidiche di cellule neuronali.

Parametri di radiazione laser e biomateriale

La fusione è stata ottenuta con l'aiuto di impulsi laser a femtosecondi con una lunghezza d'onda di 800 nm, con parametri di radiazione:

  • intensità e risoluzione, rispettivamente:
    • 1,7 (± 0,08) x 10 12 W / cm 2 e ± 0,5 μm;
  • frequenza di ripetizione 80 MHz;
  • la dimensione effettiva del punto è di 600 nm.
  • il tempo di irradiazione ideale era uno o due impulsi di 15 ms (cioè 1,2 × 106 impulsi).

Il biomateriale utilizzato era:

  • Cellule di teratocarcinoma P19 mouse;
  • Cellule Neuro2A di neuroblastoma di topo;
  • siero di vitello, di bovino e di vacca.

In fig. 1 presenta l'essenza dell'esperimento:

  1. Un impulso laser a femtosecondi viene erogato al punto target tra l'assone e il corpo della cellula nervosa (soma).
  2. Doppi strati fosfolipidici del soma e del neurone assone prima dell'esposizione al laser (l'area di attacco degli strati di phophophilipid è marcata intorno).
  3. Un impulso laser ad alta intensità provoca una destabilizzazione reversibile di entrambi gli strati di fosfolipidi. Sotto l'influenza di un impulso laser a femtosecondi nella zona di fusione assone-som indotta, gli ioni liberi generati (mostrati in rosso) e gli elettroni liberi(mostrato in arancione) attraversa la regione centrale non polare e spezza i legami tra gli acidi grassi delle code idrofobiche.
  4. Come risultato del processo di rilassamento, si formano nuovi legami stabili e una speciale membrana cellulare dell'emiftoo nel punto-un comune doppio strato fosfolipidico.

Come è stato eseguito l'accoppiamento del neurone laser?

  • Le cellule del composto sono state selezionate e isolate e messe in contatto con pinzette ottiche in modo tale che l'assone sporgente di un neurone abbia toccato il soma di un altro neurone.
  • Le cellule sono state lasciate per un po 'per assicurarsi che non ci fosse alcuna fusione naturale tra loro, dopo di che sono state separate da pinzette ottiche.
  • Quindi i neuroni furono nuovamente riuniti e, usando impulsi laser a femtosecondi, l'area tra l'assone e il soma cellulare fu irradiata.
  • Per confermare la connessione, uno dei neuroni è stato mosso da una pinzetta all'interno della sospensione della coppa:
    • Si è scoperto che tutti gli altri neuroni lo seguivano, contorti e trasformati in uno solo.

Fig. 2 mostra la sequenza di connessione di un neurone a diversi e la creazione di una catena di neuroni che utilizza impulsi laser a femtosecondi (le frecce indicano la connessione tra assone e soma).

  1. L'attacco di due cellule Neuro2A, in cui le cellule degli assoni (I) sono attaccate al soma (II).
  2. Il secondo assone Neuro2A (I) si lega al soma Neuro2A (III).
  3. La continuità di nuovi legami viene dimostrata quando le celle vengono ruotate di 30 ° rispetto alla posizione precedente.
  4. Due gruppi di quattro cellule P19 sono stati identificati e isolati.
  5. L'assone di neurone (I) entrò in contatto ed era associato a soma (II) mediante impulsi laser a femtosecondi, ed entrambi i gruppi erano collegati.
  6. La posizione della catena dopo essere stata girata da una pinzetta ottica.

Quindi, diversi gruppi di neuroni erano collegati.

conclusione

Durante l'intera osservazione e manipolazione delle cellule nervose ha mostrato la loro vitalità e la forza di attaccamento.

Un metodo di giunzione neuronale indotto dal laser a femtosecondi può potenzialmente fornire una scoperta scientifica che aprirà nuovi orizzonti negli studi sull'effetto dei neuroni connettivi subito prima o dopo il trauma. La conservazione della vitalità di una rete neurale consentirà ai ricercatori di studiare nuovi complessi processi patofisiologici, come la neurogenesi, la degenerazione di Waller, la demielinizzazione segmentale e la degenerazione assonale.Questo permetterà un ulteriore sviluppo di nuovi metodi per il trattamento di lesioni nervose e malattie.

(Secondo gli articoli della rivista scientifica Nature. rapporti scientifici)

Video: neurogenesi per adulti

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