Naukowcy odkryli nieznane wcześniej małe tunele łączące czaszkę z mózgiem. Okazuje się, że pełnią one rolę skrótu dla komórek układu odpornościowego, które dzięki nim szybciej docierają na miejsce urazu.
Szpik kostny - gąbczasta tkanka wewnątrz większości naszych kości - wytwarza czerwone krwinki, a także komórki odpornościowe, które pomagają zwalczać infekcje. Zgodnie z nowym badaniem przeprowadzonym na myszach i ludziach, małe tunele przebiegające od szpiku kostnego kości czaszki do wyściółki mózgu, mogą stanowić bezpośrednią drogę dla komórek odpornościowych reagujących na urazy spowodowane udarem i innymi zaburzeniami mózgu.
Rezultaty badań zostały opublikowane w „Nature Neuroscience”.
- Zawsze uważaliśmy, że komórki odpornościowe z naszych rąk i nóg przemieszczają się z krwią do uszkodzonej tkanki mózgowej. Nasze odkrycia sugerują, że komórki odpornościowe mogą zamiast tego używać skrótu, aby szybko dotrzeć do obszarów zapalnych - powiedziała dr Francesca Bosetti, dyrektor National Institute of Neurological Disorders and Stroke, który jest częścią National Institutes of Health i który zapewnił finansowanie badania.
- Zapalenie odgrywa kluczową rolę w wielu zaburzeniach mózgu i możliwe jest, że nowo opisane kanały mogą być ważne w wielu stanach. Odkrycie tych kanałów otwiera wiele nowych dróg badań – przyznała Bosetti.
Przy użyciu najnowocześniejszych narzędzi i specyficznych dla mysich komórek barwników, profesorowi Matthiasowi Nahrendorfowi z Harvard Medical School and Massachusetts General Hospital in Boston udało się odróżnić, czy komórki immunologiczne przemieszczające się do tkanki mózgowej uszkodzonej przez udar lub zapalenie opon mózgowych pochodzą ze szpiku kostnego w czaszce czy kości piszczelowej. W tym badaniu naukowcy skupili się na neutrofilach, szczególnym typie komórek odpornościowych, które są jednymi z pierwszych pojawiających się na miejscu urazu.
Wyniki badań przeprowadzonych na mózgach myszy wykazały, że podczas udaru czaszka jest bardziej skłonna do zaopatrywania uszkodzonej tkanki w neutrofile niż kość piszczelowa. Z kolei po zawale serca czaszka i piszczel dostarczyły podobną liczbę neutrofili do serca, które jest dalekie od obu tych obszarów.
Grupa naukowców prowadzonych przez Nahrendorfa zaobserwowała również, że w sześć godzin po udarze było mniej neutrofili w szpiku kostnym kości czaszki niż w szpiku kości piszczelowej, co sugeruje, że szpik kostny wypuścił znacznie więcej komórek do miejsca urazu.
Odkrycia te sugerują, że szpik kostny nie rozprowadza jednolicie po organizmie komórek odpornościowych. Uszkodzony mózg i szpik kostny mogą "komunikować się" w pewien sposób, co skutkuje bezpośrednią odpowiedzią sąsiednich leukocytów, które są również elementem układu immunologicznego.
Badacze stwierdzili, że różnice w aktywności szpiku kostnego podczas stanu zapalnego mogą być określane przez czynnik pochodzenia stromalnego 1 (stromal cell-derived factor-1 - SDF-1), cząsteczkę, która utrzymuje komórki odpornościowe w szpiku kostnym. Kiedy poziomy SDF-1 spadają, neutrofile są uwalniane ze szpiku. Naukowcy zaobserwowali malejący poziom SDF-1 sześć godzin po udarze, ale tylko w szpiku kości czaszki, a nie w kości piszczelowej.
Wyniki sugerują, że spadek poziomu SDF-1 może być odpowiedzią na miejscowe uszkodzenie tkanki. To z kolei może ostrzegać i mobilizować szpik kostny, który jest najbliżej miejsca zapalenia.
Obraz mikroskopowy czaszki myszy przedstawiający nowo odkryte kanały naczyniowe (strzałki), które przenoszą neutrofile i inne komórki odpornościowe ze szpiku kostnego do zewnętrznej błony mózgu. Fot. Gregory Wojtkiewicz/Massachusetts General Hospital
- Zaczęliśmy bardzo uważnie badać czaszkę, patrząc na nią pod każdym kątem, próbując ustalić, w jaki sposób neutrofile docierają do mózgu. Niespodziewanie odkryliśmy małe kanały, które łączyły szpik bezpośrednio z zewnętrzną wyściółką mózgu – przyznał Nahrendorf.
Dzięki zaawansowanym technikom obrazowania badacze obserwowali przemieszczanie się neutrofili przez kanały. Krew normalnie przez nie przepływała w kierunku od wnętrza czaszki do szpiku kostnego, ale po udarze zauważono neutrofile poruszające się w przeciwnym kierunku, aby dostać się do uszkodzonej tkanki.
Zespół Nahrendorfa wykrył kanały na powierzchni całej czaszki myszy, jak również w kości piszczelowej, co doprowadziło ich do poszukiwania podobnych cech w ludzkiej czaszce. Szczegółowe obrazowanie próbek ludzkiej czaszki ujawniło obecność podobnych kanałów. Kanały w ludzkiej czaszce miały pięciokrotnie większą średnicę niż w przypadku myszy. W czaszkach ludzi i myszy kanały znaleziono zarówno w wewnętrznej, jak i zewnętrznej warstwie kości.
Przyszłe badania będą miały na celu zidentyfikowanie innych typów komórek, które wędrują przez nowo odkryte tunele i rolę, jaką te struktury odgrywają w zdrowiu i chorobie.
Źródło: NIH/National Institute of Neurological Disorders and Stroke, fot. Nahrendorf Lab
