В настоящее время применение имплантов, осуществляющих электростимуляцию или регистрацию электрофизиологической или нейрохимической активности нервных структур, стремительно расширяется. Ранее считалось общепризнанным мнение о приоритетности роли нейронов в реакциях, развивающихся в ответ на проведение электростимуляции.
Однако, несмотря на значимые достижения в клинических исследованиях и успешные практические апробации, механизмы, лежащие в основе терапевтического воздействия подобных имплантов с нейромодуляционными свойствами, равно как и их побочные эффекты и причины случаев неэффективности, все еще оставались недостаточно изученными. По мнению экспертов, одним из наиболее вероятных предположений, объясняющих указанные нюансы, мог бы служить тезис о том, что нейроны, генерирующие биоэлектрический сигнал, являются единственными важными клетками-мишенями для применяемых модуляторов электрической активности нервных структур.
Данные нового научного проекта свидетельствуют о том, что поддерживающие глиальные клетки ремоделируют структуру и функцию нейронных сетей, а также являются значимым эффектором терапии на основе электростимуляции. В указанном исследовании, проведенном командой ученых Мичиганского государственного университета (Michigan State University), США, Питтсбургского университета (University of Pittsburgh), США, а также Клиники Мэйо (Mayo Clinic), США, представлен пересмотр ранее принятого взгляда о функции глиальных клеток как пассивного барьера. Кроме того, в работе обсуждается активная детерминирующая роль глиоцитов, определяющая итоговую эффективность функционирования нейроимплантов.
Известно, что глиальные клетки широко представлены и критически значимы для функционирования нейронных сетей. Тем не менее до настоящего времени наиболее изученной оставалась лишь функция глиоцитов, связанная с их активной ролью в формировании рубцовой ткани и предотвращением распространения альтернативных и дегенеративных изменений в нейронах. Однако вновь проведенное исследование позволило установить, что в действительности глиальные клетки более функциональны, чем считалось ранее.
Комментируя работу, авторы отметили, что глиоциты выполняют целый ряд задач в оптимизации деятельности мозга — от формирования поддержки факторов роста и обеспечения надлежащего транспорта кислорода и нутриентов тканей мозга до устранения нефункционирующих синапсов и рециркуляции продуктов метаболизма нервной ткани.
В реальных условиях экспериментальных наблюдений медленные и слабые сигналы глиальных клеток гораздо труднее выявить, чем яркую электрическую активность нейронов. Однако новые достижения в области подобных технологий позволили исследователям определить тонкие нюансы электрической активности глиальных клеток.
Поскольку дисфункция глиоцитов ранее была отмечена в качестве одного из основных этиологических факторов в развитии многих неврологических заболеваний, целевое всестороннее изучение роли глиальных клеток может служить важным этапом в разработке потенциальных методов терапии при множестве патологий. Так, недавние наблюдения существенно расширяют взгляд на актуальные вопросы, связанные с нейроимплантационными устройствами и лечением неврологических заболеваний. В новом исследовании, объединив мультифотонную микроскопию in vivo и электрофизиологию in vivo, ученым удалось визуализировать перемещения и изменения клеток во времени в живом мозге и предложить вероятное объяснение того, как изменения в глиальных клетках влияют на произвольно вызванную активность нейронной сети.
По мнению исследователей, применение такого подхода для лучшего понимания функционирования глиальных клеток может помочь в достижении практических результатов в дизайне и эффективности терапевтического применения имплантатов, препятствующих аномальной электрической активности мозга при различных состояниях.
- Salatino J.W., Ludwig K.A., Kozai T.D.Y. et al. (2017) Glial responses to implanted electrodes in the brain. Nat. Biomed. Eng., 1(11): 862–877 (https://www.nature.com/articles/s41551-017-0154-1).
- University of Pittsburgh (2018) Uncovering the power of glial cells. ScienceDaily, Jan. 8 (https://www.sciencedaily.com/releases/2018/01/180108130158.htm).
Наталья Савельева-Кулик
