Ερευνητές αποκωδικοποίησαν την «κρυφή γλώσσα» των νευρώνων του εγκεφάλου

Μια σημαντική επιστημονική εξέλιξη έρχεται να ρίξει φως σε μια μέχρι πρότινος «σκοτεινή» πτυχή της λειτουργίας του εγκεφάλου. Ερευνητές από το Ινστιτούτο Allen και την Πανεπιστημιούπολη Ερευνών Janelia του HHMI ανέπτυξαν μια πρωτοποριακή πρωτεΐνη-αισθητήρα, ικανή να ανιχνεύει τα εισερχόμενα χημικά σήματα που λαμβάνουν οι νευρώνες. Η ανακάλυψη αυτή υπόσχεται να μεταμορφώσει τον τρόπο με τον οποίο κατανοούμε τη μνήμη, τη μάθηση, αλλά και σοβαρές νευρολογικές παθήσεις.

Το «χαμένο κομμάτι» της επικοινωνίας

Για δεκαετίες, η νευρολογία αντιμετώπιζε έναν σημαντικό περιορισμό. Ενώ οι επιστήμονες διέθεταν τα μέσα να καταγράψουν τα σήματα που εκπέμπει ένας νευρώνας (το αποτέλεσμα, δηλαδή, της επεξεργασίας), αδυνατούσαν να παρατηρήσουν με ακρίβεια τα σήματα που αυτός λαμβάνει. Η διαδικασία αυτή παρέμενε αόρατη, καθώς τα εισερχόμενα χημικά μηνύματα είναι εξαιρετικά ασθενή και στιγμιαία, καθιστώντας την καταγραφή τους σχεδόν αδύνατη με τις προηγούμενες τεχνολογίες.

Το αποτέλεσμα ήταν μια ελλιπής εικόνα της εγκεφαλικής δραστηριότητας. Οι ερευνητές μπορούσαν να δουν τη δομή των συνδέσεων και το τελικό σήμα πυροδότησης, αλλά όχι τον περίπλοκο διάλογο που προηγείται αυτής της απόφασης.

iGluSnFR4: Ο «κριός» που σπάει τη σιωπή

Η λύση δόθηκε μέσω της συνθετικής βιολογίας με τη δημιουργία του iGluSnFR4. Πρόκειται για μια τροποποιημένη πρωτεΐνη που λειτουργεί ως μοριακός ανιχνευτής γλουταμικού οξέος. Το γλουταμικό οξύ είναι ο βασικότερος νευροδιαβιβαστής στον εγκέφαλο, υπεύθυνος για τη μεταφορά μηνυμάτων διεγερτικού τύπου μεταξύ των κυττάρων.

Ο νέος αισθητήρας διαθέτει εξαιρετικά υψηλή ευαισθησία. Μπορεί να εντοπίσει ακόμη και τις πιο αμυδρές διακυμάνσεις στα επίπεδα γλουταμικού οξέος στις συνάψεις (τα σημεία επαφής των νευρώνων) σε πραγματικό χρόνο. Αυτό επιτρέπει, για πρώτη φορά, την παρακολούθηση της πληροφορίας τη στιγμή ακριβώς που φτάνει σε ένα κύτταρο, πριν αυτό αποφασίσει πώς θα αντιδράσει.

Από το χάος στην κατανόηση

Ο Κάσπαρ Ποντγκόρσκι, επικεφαλής συγγραφέας της μελέτης και ανώτερος επιστήμονας στο Ινστιτούτο Allen, χρησιμοποίησε μια εύστοχη αναλογία για να περιγράψει τη σημασία του επιτεύγματος. Όπως ανέφερε, η προσπάθεια κατανόησης του εγκεφάλου χωρίς αυτό το εργαλείο έμοιαζε με την ανάγνωση ενός βιβλίου όπου όλες οι λέξεις είναι ανακατεμένες.

Αισθάνομαι ότι αυτό που κάνουμε τώρα είναι να προσθέτουμε τη σύνταξη και τη γραμματική ανάμεσα σε αυτές τις λέξεις. Πλέον κατανοούμε τη σειρά των λέξεων στη σελίδα και, κατ’ επέκταση, το νόημά τους.

Η δυνατότητα αυτή είναι κρίσιμη διότι κάθε νευρώνας δέχεται χιλιάδες εισροές πληροφοριών. Το πώς συνθέτει αυτά τα σήματα για να παράξει (ή να μην παράξει) μια απόκριση αποτελεί τη βάση των υπολογιστικών λειτουργιών του εγκεφάλου: από την απλή κίνηση μέχρι τη σύνθετη σκέψη.

Νέοι ορίζοντες για την ιατρική έρευνα

Η πρακτική εφαρμογή του iGluSnFR4 αναμένεται να είναι άμεση και ευρεία, ιδιαίτερα στη μελέτη ασθενειών όπου η σηματοδότηση του γλουταμικού οξέος παρουσιάζει διαταραχές. Παθήσεις όπως η νόσος Αλτσχάιμερ, η σχιζοφρένεια, ο αυτισμός και η επιληψία συνδέονται άμεσα με δυσλειτουργίες στις συνάψεις.

Μέχρι σήμερα, η φαρμακευτική έρευνα σε αυτούς τους τομείς βασιζόταν συχνά σε έμμεσες ενδείξεις. Με το νέο εργαλείο, οι ερευνητές θα μπορούν να βλέπουν ακριβώς πώς μια πειραματική θεραπεία επηρεάζει την επικοινωνία στις συνάψεις ζωντανού ιστού. Αυτό θα μπορούσε να επιταχύνει δραματικά την ανάπτυξη πιο στοχευμένων και αποτελεσματικών φαρμάκων.