IChF PAN: po udarze mózg uruchamia własne systemy ratunkowe

Po udarze mózg uruchamia własne mechanizmy łatania uszkodzonych naczyń. Niewielka populacja uśpionych komórek zaczyna przemieszczać się z opon mózgowych w kierunku uszkodzonej kory mózgu - pokazuje nowe badanie z udziałem dr. Marcina Tabaki z Międzynarodowego Centrum Badań Oka (ICTER).

Według danych Światowej Organizacji Zdrowia (WHO) na świecie dochodzi rocznie do niemal 12 mln udarów mózgu. W Polsce liczbę przypadków szacuje się na około 90 tys. rocznie, a wraz ze starzeniem się społeczeństwa ten bilans będzie tylko rosnąć, coraz silniej obciążając system ochrony zdrowia i opieki długoterminowej. Udar jest jedną z głównych przyczyn zgonów oraz trwałej niepełnosprawności u dorosłych, często pozostawia pacjentów z paraliżem, afazją (zaburzeniami mowy), problemami z pamięcią, koncentracją i planowaniem.

W debacie publicznej, jak czytamy w komunikacie Instytutu Chemii Fizycznej PAN, udar bywa sprowadzany do prostego schematu: zatkane naczynie, szybka interwencja, powrót przepływu krwi. Tymczasem klinicyści od dawna wiedzą, że to dopiero początek historii. Nawet pacjenci, u których uda się skutecznie udrożnić naczynie, często doświadczają pogorszenia stanu neurologicznego w kolejnych dniach. Źródło tego paradoksu leży głębiej, na poziomie mikrokrążenia oraz bariery oddzielającej mózg od krwiobiegu.

Nowe badanie opublikowane w czasopiśmie Cell Reports, którego współautorem jest dr Marcin Tabaka z Międzynarodowego Centrum Badań Oka (ICTER), działającego przy Instytucie Chemii Fizycznej PAN, rzuca światło właśnie na ten mniej widoczny moment choroby - etap, w którym mózg próbuje samodzielnie „załatać” uszkodzone naczynia i ograniczyć dalsze szkody.

Po udarze szczelność traci bariera krew-mózg, wyspecjalizowana struktura, zbudowana z komórek śródbłonka i ich ścisłych połączeń, która w zdrowych warunkach działa jak biologiczny filtr. Chroni mózg przed toksynami, komórkami zapalnymi i niekontrolowanym napływem białek osocza. Po udarze do tkanki nerwowej zaczynają natomiast przenikać czynniki zapalne, narasta obrzęk, a wtórne uszkodzenia mogą pogłębiać deficyty neurologiczne. Ta druga faza udaru stała się punktem wyjścia dla badania, w którym uczestniczył dr Tabaka.

Zespół badaczy postanowił przyjrzeć się strukturom, które przez lata pozostawały na marginesie badań nad udarem: pajęczynówce i oponie miękkiej, czyli wewnętrznym warstwom opon mózgowo-rdzeniowych. Te cienkie błony, ściśle przylegające do powierzchni mózgu, tradycyjnie postrzegano jako bierną osłonę i podporę dla naczyń. Nowe dane pokazują jednak, że mogą one pełnić znacznie bardziej aktywną funkcję.

W oponach miękkich odkryto niewielką populację komórek wywodzących się z grzebienia nerwowego, embrionalnej struktury, która w czasie rozwoju zarodkowego daje początek wyjątkowo różnorodnym tkankom. Z grzebienia nerwowego powstają m.in. melanocyty (komórki barwnikowe skóry), elementy obwodowego układu nerwowego, rdzeń nadnerczy czy fragmenty twarzoczaszki. Ze względu na tę wszechstronność bywa on nazywany „czwartym listkiem zarodkowym”.

Dotąd sądzono, że po zakończeniu rozwoju zarodkowego komórki o takim potencjale znikają lub tracą swoją plastyczność. Badanie pokazuje jednak, że ich „resztki” mogą przetrwać w dorosłym mózgu i co ważniejsze zostać reaktywowane w sytuacji ostrego uszkodzenia.

Po udarze niedokrwiennym te uśpione komórki zaczynają przemieszczać się z opon w kierunku uszkodzonej kory mózgu. Lokalizują się w pobliżu naczyń krwionośnych i włączają się w proces ich stabilizacji. Nie odbudowują neuronów i nie cofają zawału, ale wzmacniają ściany naczyń i pomagają przywrócić szczelność bariery krew-mózg. W modelach zwierzęcych przekładało się to na mniejszy przeciek bariery i lepszy wynik neurologiczny.

Badacze przeanalizowali również mechanizm, który kieruje te komórki do miejsca uszkodzenia. Kluczową rolę odgrywa tu sygnał chemiczny wytwarzany przez uszkodzony śródbłonek naczyń. Działa on jak drogowskaz - przyciąga komórki wyposażone w odpowiedni receptor i „prowadzi” je dokładnie tam, gdzie bariera krew-mózg wymaga naprawy. Gdy ten sygnał został eksperymentalnie zablokowany, do uszkodzonych naczyń docierało wyraźnie mniej komórek naprawczych. Bariera krew-mózg pozostawała bardziej nieszczelna, a zwierzęta gorzej radziły sobie w testach neurologicznych. Nie mamy więc do czynienia z biernym zjawiskiem, lecz z precyzyjnie sterowanym procesem biologicznym.

Jednym z kluczowych narzędzi, którymi posługują się te komórki, jest plejotrofina (PTN), czyli białko sygnałowe wspierające integralność naczyń. W warunkach laboratoryjnych poprawiała ona przeżycie komórek śródbłonka po niedokrwieniu i wzmacniała ich wzajemne połączenia. W modelach zwierzęcych jej działanie wiązało się z mniejszym uszkodzeniem bariery krew-mózg.

W projekcie zespół z ICTER odpowiadał za część bioinformatyczną, opartą na analizie danych z sekwencjonowania RNA na poziomie pojedynczych jąder komórkowych (snRNA-seq).

Autorzy pracy podkreślają, że badanie ma charakter przedkliniczny i nie stanowi bezpośredniej recepty na leczenie pacjentów. Przesuwa jednak akcent w myśleniu o udarze z wyłącznego skupienia na udrożnieniu naczynia na pytanie, co dzieje się później, gdy mózg próbuje odzyskać równowagę i ograniczyć skutki pierwotnego uszkodzenia.