Wszystko to, czego chcielibyśmy się dowiedzieć o neuronach, ale nie wiemy jak zapytać - J. E. Sowa

Artykuł nagrodzony w Konkursie popularyzatorskim dla Młodych Naukowców


Mózg jest jednym z najbardziej skomplikowanych narządów wykształconych na drodze wielu milionów lat ewolucji. W jego skład wchodzi około 100 miliardów silnie połączonych ze sobą komórek nerwowych. Każdy neuron posiada setki różnych białek (np. kanałów jonowych, receptorów), niezbędnych do otrzymywania i przetwarzania impulsów nerwowych. Obliczono, że w każdej sekundzie życia dociera do nas około 100 megabajtów informacji. Część z nich jest odbierana przez nas w sposób świadomy, natomiast pozostała część docierających do nas bodźców w sposób podświadomy modyfikuje naszą percepcję oraz emocje, wpływając tym samym na podejmowane przez nas decyzje. 

Przez długi czas uważano, że mózg jest uprzywilejowanym immunologicznie organem, a neurony są zbyt cenne, by ryzykować ich utratę w walce z bakteriami i wirusami, przed czym chroni je szczelna bariera krew-mózg. Jednakże, odkrywamy coraz więcej połączeń między układem nerwowym, a odpornościowym. Pojawienie się u nas podwyższonej temperatury, jednego z najczęstszych objawów odpowiedzi odpornościowej, powoduje, że czujemy się inaczej: tracimy apetyt, energię, a nawet entuzjazm do rzeczy, które normalnie sprawiały nam przyjemność. Powodem tego jest podniesiony poziom substancji wytwarzanych przez nasz układ odpornościowy, między innymi chemokin, które przez aktywację receptorów na komórkach w mózgu wpływają na nasz nastrój i zachowanie. 

Czy w takim razie wybory, których dokonujemy w naszym życiu są kierowane naszą świadomą wolą, czy też jest to raczej wynik tysięcy reakcji chemicznych przebiegających w każdej chwili w naszym mózgu i milionów wyładowań neuronalnych indukowanych informacjami, z których istnienia nie zdajemy sobie nawet sprawy? Czy wobec lawinowej ilości informacji docierających do naszego mózgu i przetwarzanej bez udziału naszej świadomości, nasze zachowanie oraz kluczowe decyzje mogą być uzależnione od wyładowań pojedynczej komórki nerwowej lub aktywacji określonego połączenia synaptycznego? 

Weźmy jako przykład komórki piramidowe ciała migdałowatego. Jest to struktura odgrywająca kluczową rolę np. w emocji strachu i lęku. Każda komórka otrzymuje zarówno setki wejść z innych części mózgu (Ryc. 1A), jak i z lokalnej sieci neuronalnej (Ryc. 1B). Sygnały te są integrowane na ciele komórki, by następnie zostać przesłane do innych struktur mózgu, biorąc udział w takich procesach jak uczenie się. Studiowanie tak złożonych zjawisk nie byłoby możliwe, gdyby nie intensywny postęp w metodach stosowanych w badaniach mózgu, w szczególności w technice patch-clamp. Jej zastosowanie umożliwia nam pomiar aktywności pojedynczej komórki nerwowej oraz jej modulacji przez docierające do niej połączenia synaptyczne.  




Do cienkich (ok. 300µm) skrawków mózgu gryzonia, ciągle obmywanych natlenowanym sztucznym płynem mózgowo-rdzeniowym, kierujemy szklaną elektrodę wypełnioną sztucznym płynem wewnątrzkomórkowym (Ryc. 2). Przy użyciu manipulatorów oraz mikroskopu z kontrastem Nomarskiego jesteśmy w stanie zobaczyć jak ciała komórkowe uginają się pod delikatnym naciskiem elektrody (Ryc. 2A). Następnie, aplikujemy delikatne ssanie, co umożliwia „przyklejenie się” ciała komórki do elektrody, a później zerwanie się części błony komórki pod elektrodą, tworząc tzw. „łatkę” (ang. patch). Dzięki temu wnętrze elektrody jest w bezpośrednim kontakcie z wnętrzem komórki (Ryc. 2B). Jest to konfiguracja whole-cell. Teraz, w zależności do tego, co chcemy badać, manipulując wstrzykiwanym prądem do komórki, jesteśmy w stanie zmierzyć np. jej pobudliwość oraz prądy przepływające przez jej błonę komórkową. Dodatkowo, wzbogacając skład płynów o interesujące nas substancje, jak na przykład leki, możemy badać bezpośrednie efekty tych związków na rejestrowaną komórkę.






Stosując metodę patch-clamp, możemy zgłębiać naszą wiedzę na temat roli substancji wydzielanych przez układ odpornościowy w mózgu. Szczególnie ciekawa wydają się chemokiny. Początkowo uważane były za substancje pełniące funkcje tylko w reakcjach zapalnych , jednakże coraz więcej badań potwierdza ich ważną rolę w centralnym układzie nerwowym (Ryc. 3). Warto zaznaczyć, że mechanizmy działania tych białek w mózgu są dopiero odkrywane. Dlatego celem moich badań jest zbadanie jak chemokiny wpływają na pobudliwość różnych typów neuronów oraz jak modulują konkretne połączenia między komórkami w ciele migdałowatym (Ryc. 1B). Poznanie tych zmian może zatem przyczynić się do lepszego poznania mechanizmów, które leżą u podłoża roli układu odpornościowego i jego wpływu na rozwój zaburzeń nastroju.









Joanna Ewa Sowa

Instytut Farmakologii PAN

Zakład Fizjologii

Strona www: http://if-pan.krakow.pl/pl/zaklady/Zaklad-Fizjologii/

e-mail: joasowa@if-pan.krakow.pl





Udostępnij