Dynamicznie poruszające się komórki pokazują jak mózg budzi się z narkozy

Nadpobudliwość neuronalna występuje podczas procesu wybudzania się z ogólnego znieczulenia. Credit: Nature Neuroscience (2024). DOI: 10.1038/s41593-023-01537-8

Ponad ⅓ pacjentów doświadcza skrajnej senności lub nadpobudliwości, efektu ubocznego nazywanego delirium, po wybudzeniu z narkozy. Badacze z Mayo odkryli, że specjalne komórki odpornościowe w mózgu zwane mikroglejem mogą chronić neurony przed następstwami znieczulenia i obudzić mózg. 

,,Pierwszy raz widzimy jak komórki mikroglej zwiększają aktywność neuronów poprzez angażowanie obwodów mózgowych,” poinformował neurolog z Mayo Clinic Long-Jun Wu, autor badania. 

Badacze zaobserwowali jak mikroglej wciska się pomiędzy neurony i synapsy hamujące, jednoczenie tłumiąc aktywność neuronów podczas narkozy. Wygląda na to, że mikroglej usiłuje ochronić neurony aby przeciwdziałać sedacji. 

Mózg składa się z sieci neuronów, które pobudzają aktywność całego ciała. Neurony są połączone synapsami, które otrzymują i przekazują sygnał, umożliwiając danej osobie poruszanie się, myślenie, czucie i komunikację. W tym środowisku mikroglej pomaga zachować zdrowie, stabilność i funkcjonowanie mózgu. Chociaż mikroglej odkryto ponad 100 lat temu, dopiero 20 lat temu skupiono się na jego dokładnym badaniu. 

Na początku naukowcy mieli do zbadania jedynie utrwalone slajdy mikrogleju, które zapewniały nieruchome migawki tych komórek. Wstępnie myślano, że kiedy neurony nie są aktywne a mózg jest cichy, mikroglej jest mniej aktywny. Póżniej technologia pozwoliła obserwować i badać mikroglej bardziej szczegółowo, w tym jak się porusza. 

Mikroglej (zielony) porusza się i ,,tańczy” dookoła aktywnie monitorując mózg i nawiązując interakcje z neuronem (czerwony). 

,,Mikroglej to wyjątkowe komórki mózgowe ponieważ ich procesy są bardzo dynamiczne. Poruszają się i tańczą badając mózg. Teraz mamy obrazy, które pokazują ich aktywność i ruch,” zauważył dr. Wu. 

Od wielu lat dr. Wu i jego zespół badają, w jaki sposób mikroglej i neurony porozumiewają się ze sobą w zdrowym i chorym mózgu. Na przykład, zaobserwowali że mikroglej może tłumić nadpobudliwość neuronów podczas ataków epilepsji. Naukowcy mogą obserować te komórki w mózgu w czasie rzeczywistym i rejestować ich ruchy w obudzonych modelach myszy uzywając technologii obrazowania, w tym skanującego mikroskopu elektronowego. 

W 2019 roku, naukowcy odkryli, że mikroglej wyczuwa kiedy mózg i jego aktywność zostają stłumione, na przykład poprzez narkozę. Odkryli, że kiedy do tego dochodzi mikroglej staje się bardziej aktywny i czujny. 

,,Możemy teraz obserwować jak mikroglej nadzoruje aktywność neuronów w mózgu niczym policjant reagujący na podejrzaną aktywność kiedy wokół jest cicho,” poinformował dr. Wu. 

Pacjenci, którzy doświadczają delirium lub niepokój po wybudzeniu z narkozy mogą również odczuwać nadpobudliwość lub skrajną ospałość. Naukowcy uważają, że nadpobudliwosć może wynikać z nadmiernej interwencji mikrogleju pomiędzy neuronem a synapsami hamującymi. 

,,Jeśli możemy badać rolę mikrogleju w róznych stanach fizjologicznych, takich jak sen, moglibyśmy tę wiedzę wykorzystać w celu poprawienia opieki nad pacjentem w warunkach klinicznych,” zaobserwował dr. Koichiro Haruwaka, główny autor badania i starszy pracownik naukowy w Mayo Clinic.