Odbudowa nerwu wzrokowego to już nie science fiction?

Odbudowa uszkodzonych nerwów jest niezwykłym wyzwaniem dla lekarzy i naukowców. Dotychczas możliwa była jedynie częściowa rekonstrukcja uszkodzonych mechanicznie nerwów obwodowych dzięki metodom mikrochirurgii. Jednakże nerw wzrokowy pozostawał poza zasięgiem takich technik. W opublikowanym w tym roku w „Nature Neuroscience” artykule, amerykańscy naukowcy donoszą o spektakularnym osiągnięciu, które daje nadzieję na możliwość regeneracji II nerwu czaszkowego dzięki połączonym metodom stymulacji wzrokowej i zwiększenia aktywności kinazy mTOR (mammalian target of rapamycin) w komórkach zwojowych siatkówki (RGC).

Problemy związane z odnową nerwu wzrokowego wynikają nie tylko z jego położenia i trudnego dostępu chirurgicznego, lecz przede wszystkim ze skomplikowanej funkcji i anatomicznych właściwości włókien, które muszą łączyć konkretne fragmenty siatkówki z odpowiadającymi im polami neuronów w korze mózgowej. Obecnie prowadzonych jest wiele badań nad innowacyjnymi metodami, które mogłyby doprowadzić do regeneracji nerwu wzrokowego w tym wiele z użyciem chemogenetyki.

Wszystko zaczęło się od odkrycia, że aksony niektórych komórek ośrodkowego układu nerwowego ulegają regeneracji pod wpływem zmniejszenia  aktywności czynników wewnątrzkomórkowych takich jak KLF4 czy SOCS3, a zwiększenia cAMP, CNTF czy mTOR. Kinaza mTOR jest  kinazą białkową treoninowo-serynową, której funkcją jest regulacja wzrostu, proliferacji i ruchu komórki, a także procesów translacji i transkrypcji. Badacze wykryli, że wzrost jej stężenia promuje regenerację aksonów RGC, jednakże w przypadku uszkodzenia nerwu wzrokowego nie jest wystarczającym czynnikiem do wzbudzenia odbudowy nerwu na całej jego długości, aż do kory mózgowej. Regenerujące się aksony RGC zatrzymywały się nieznacznie za miejscem uszkodzenia i ulegały obumarciu. Połączono więc stymulację mTOR z obniżeniem stężenia czynnika SOCS3, ale uzyskano jedynie zatrzymanie się wzrostu aksonów na poziomie skrzyżowania wzrokowego. Wyniki choć obiecujące były wciąż niewystarczające.

J. Lim i jego zespół poszukiwali metody, która pozwalałaby na odtworzenie drogi wzrokowej, tak aby uzyskać prawidłowe połączenia między konkretnymi RGC, a ich jądrami w mózgu. Spośród różnych testowanych technik najskuteczniejszą okazało się połączenia odpowiedniej stymulacji wzrokowej ze zwiększeniem poziomu mTOR.

Badanie przeprowadzono na modelu zwierzęcym z użyciem myszy. Dokonywano uszkodzenia mechanicznego poprzez zgniecenie nerwów wzrokowych tuż za gałką oczną przy pomocy drobnych kleszczy. 3 tygodnie później podawano do ciała szklistego znacznik komórek RGC, aby móc następnie śledzić ich regenerację.

Badaną populację podzielono na kilka grup. W grupie 1 (kontrolnej) nie podawano żadnych czynników oraz nie stosowano stymulacji wzrokowej. Aksony komórek zwojowych siatkówki u tych myszy nie ulegały regeneracji poza miejsce uszkodzenia, a komórki wkrótce obumierały. W grupie 2 stosowano w ciągu trzech tygodni codzienną stymulację wzrokową bodźcami wysokokontrastowymi. Zauważono odnowę aksonów RGC na niewielkim odcinku przekraczającym obszar uszkodzenia. Różnica pomiędzy wynikami tych dwóch grup była istotna statystycznie, lecz wciąż nie osiągnięto pełnej regeneracji nerwu wzrokowego.

Naukowcy sięgnęli zatem po techniki rekombinacji genetycznej. Jako wektor odpowiednich genów użyto wirusa AAV. Do RGC wprowadzono dzięki niemu gen odpowiedzialny za nadekspresję Rheb 1 – białka odpowiedzialnego za zwiększenie wewnątrz komórek poziomu mTOR. Odkryto, że podobnie jak sama stymulacja wzrokowa, wzrost poziomu mTOR przyczynia się do regeneracji nerwu wzrokowego, lecz nieprzekraczającego skrzyżowania wzrokowego.

Dopiero połączenie dwóch technik przyniosło odbudowę aksonów RGC na długości przekraczającej miejsce uszkodzenia, skrzyżowanie wzrokowe i sięgającej do odpowiednich ośrodków w mózgu u 7 na 10 myszy poddanych takiej terapii.

Choć do zastosowania powyższej metody u ludzi jest jeszcze daleko, przedstawione badanie pokazuje niezwykły potencjał regeneracji komórek układu nerwowego i daje nadzieję, że w przyszłości będzie można go używać w praktyce lekarskiej.

Pełną treść artykułu znajdziecie Państwo pod adresem: http://www.nature.com/neuro/journal/vaop/ncurrent/full/nn.4340.html