Νανοΐνες αποκαλύπτουν την αληθινή φύση των αστροκυττάρων στον ανθρώπινο εγκέφαλο

Ένα από τα μεγαλύτερα προβλήματα της σύγχρονης νευροβιολογίας είναι ότι, όσο προηγμένα κι αν είναι τα εργαστήρια, ο ανθρώπινος εγκέφαλος παραμένει δύσκολο να αναπαρασταθεί πιστά. Πολλές από τις κυτταρικές συμπεριφορές που θέλουμε να κατανοήσουμε χάνονται όταν τα κύτταρα απομονώνονται και καλλιεργούνται σε επίπεδες, άκαμπτες επιφάνειες. Και ανάμεσα στα κύτταρα που αλλάζουν δραματικά εμφάνιση εκτός του φυσικού ιστού βρίσκονται και τα αστροκύτταρα, μια από τις πιο άφθονες αλλά και ανεξιχνίαστες κατηγορίες κυττάρων του ανθρώπινου νευρικού συστήματος.

Τώρα, μια συνεργασία ανάμεσα στο Johns Hopkins University και στο ιταλικό Consiglio Nazionale delle Ricerche παρουσιάζει μια πλατφόρμα που ίσως αλλάξει το τοπίο. Το εργαλείο που ανέπτυξαν δεν είναι κάποιο πολύπλοκο ηλεκτρονικό σύστημα, αλλά μια σειρά από εξαιρετικά λεπτές νανοΐνες γυαλιού που υφαίνονται σαν δικτυωτό, δημιουργώντας μια τρισδιάστατη μικροαρχιτεκτονική η οποία μοιάζει εντυπωσιακά με την πραγματική δομή του εγκεφαλικού ιστού. Για πρώτη φορά, αυτά τα τεχνητά «σκελετά» επιτρέπουν στα αστροκύτταρα να απλωθούν και να αναπτυχθούν όπως στον φυσικό τους χώρο: με το χαρακτηριστικό αστέρι-σχήμα τους, γεμάτο λεπτές απολήξεις που επεκτείνονται προς κάθε κατεύθυνση.

Η διαφορά σε σχέση με τις κλασικές εργαστηριακές μεθόδους είναι θεμελιώδης. Σε επίπεδες επιφάνειες τα αστροκύτταρα τείνουν να πλακώνονται, να χάνουν τη χωρική τους οργάνωση και επομένως μεγάλο μέρος των φυσιολογικών τους λειτουργιών. Αυτό τα καθιστά δύσκολο αντικείμενο μελέτης, παρόλο που στον ανθρώπινο εγκέφαλο παίζουν κρίσιμους ρόλους: ρυθμίζουν τη νευρωνική επικοινωνία, συμβάλλουν στη σταθερότητα της αιματεγκεφαλικής φραγμού και υποστηρίζουν τις πολύπλοκες συνδέσεις που δίνουν στο νευρικό σύστημα την ευκαμψία και τη λειτουργικότητά του.

Η χρήση νανοϊνών αλλάζει ριζικά αυτή την εξίσωση. Προσφέροντας ένα μικροπεριβάλλον που μιμείται τον πραγματικό ιστό, οι ερευνητές παρατήρησαν ότι τα κύτταρα ανακτούν αυθόρμητα τις φυσιολογικές τους δομές. Οι απολήξεις τους εξαπλώνονται τρισδιάστατα, ο τρόπος με τον οποίο αλληλεπιδρούν μεταξύ τους αλλάζει και η συνολική τους συμπεριφορά μοιάζει πολύ περισσότερο με αυτήν που συναντάμε σε ζωντανό εγκέφαλο παρά σε τυπικές κυτταροκαλλιέργειες.

Η τεχνολογία, όμως, δεν σταματά εκεί. Η ομάδα συνδύασε τις νανοΐνες με μια μη επεμβατική τεχνική απεικόνισης υψηλής ανάλυσης, η οποία επιτρέπει να παρακολουθεί κανείς τις κυτταρικές αλλαγές σε πραγματικό χρόνο χωρίς τη χρήση χρωστικών ή φθορισμού. Η απουσία αυτών των παρεμβάσεων είναι σημαντική, καθώς τα πρόσθετα χημικά μπορούν να αλλάξουν τη φυσική συμπεριφορά των κυττάρων. Εδώ, οι επιστήμονες βλέπουν τα αστροκύτταρα όπως πραγματικά είναι: ζωντανά, σε εξέλιξη, οργανωμένα σε μια δομή που θυμίζει περισσότερο ιστό παρά απλό δείγμα.

Αυτή η νέα προσέγγιση ανοίγει δρόμους για να απαντηθούν μερικά από τα πιο επίμονα ερωτήματα για τις νευροεκφυλιστικές ασθένειες. Σε πολλές παθήσεις όπως Alzheimer, Parkinson και ALS υπάρχουν ενδείξεις ότι τα αστροκύτταρα παίζουν καθοριστικό ρόλο στην εμφάνιση και εξέλιξη των συμπτωμάτων. Η δυνατότητα παρατήρησής τους μέσα σε ένα περιβάλλον που αντικατοπτρίζει την πραγματικότητα μπορεί να προσφέρει νέα στοιχεία για το πώς οι δυσλειτουργίες τους επηρεάζουν τους νευρώνες και πώς αντιδρούν σε διαφορετικά φαρμακευτικά σχήματα.

Παράλληλα, η τεχνολογία φαίνεται έτοιμη να επηρεάσει τα σύγχρονα μοντέλα προσομοίωσης εγκεφάλου, όπως τα brain-on-a-chip και τα εγκεφαλικά οργανοειδή. Όσο πιο ρεαλιστικό είναι το μικροπεριβάλλον, τόσο πιο αξιόπιστες είναι οι πληροφορίες που συλλέγονται για τη διακυτταρική αλληλεπίδραση, την ανάπτυξη δικτύων και τη φαρμακολογική απόκριση. Σε ένα μέλλον όπου η εξατομικευμένη ιατρική κερδίζει έδαφος, τέτοιες βελτιώσεις μπορούν να αποτελέσουν εργαλείο για την ανάπτυξη θεραπειών προσαρμοσμένων στις ανάγκες κάθε ασθενούς.

Το ενδιαφέρον γύρω από αυτά τα ευρήματα δεν περιορίζεται στη νευροβιολογία, αλλά αγγίζει ολόκληρο το πεδίο των βιοϋλικών και της αναγεννητικής ιατρικής, δείχνοντας πόσο ισχυρά μπορούν να γίνουν τα εργαλεία μας όταν καταφέρουμε να προσεγγίσουμε πιστά τη γεωμετρία και τη συμπεριφορά του ανθρώπινου ιστού.