В клеточной нейробиологии аксотомия (от axo- « аксон » и -tomy « хирургия ») представляет собой перерезание или иное разделение аксона. Этот тип денервации часто используется в экспериментальных исследованиях физиологии нейронов и гибели или выживания нейронов как метод лучшего понимания заболеваний нервной системы . [1]
Аксотомия может вызвать гибель нейрональных клеток , особенно у эмбриональных или неонатальных животных, поскольку в этот период нейроны зависят от своих мишеней в плане снабжения факторами выживания. У взрослых животных, у которых факторы выживания возникают локально или через аутокринные петли, аксотомия периферических нейронов и мотонейронов может привести к устойчивому регенеративному ответу без какой-либо гибели нейронов. В обоих случаях наблюдается заметное усиление аутофагии . Аутофагия может либо расчистить путь для дегенерации нейронов, либо стать средой для разрушения клеток. [2]
При повреждении периферического аксона немедленно реагирует весь нейрон, чтобы регенерировать аксон. [3] Эта реакция требует повышенной метаболической активности и инициируется хроматолизом. Хроматолиз характеризуется растворением белково-продуцирующих структур в теле клетки нейрона [4] и представляет собой термин, используемый для характеристики апоптоза нейрональных клеток. Во время хроматолиза сома и ядро округляются и увеличиваются, тельца Ниссля и Гольджи распадаются, а цитоцентр очищается. В большинстве случаев реакция аксотомии в периферических аксонах заканчивается заживлением и регенерацией клеток, хотя иногда она может заканчиваться гибелью клеток. Регенерация происходит из-за гиперплазии микроглии и гипертрофии астроглии, активности, которой не хватает при реакции центральной аксотомии. [ нужна цитата ]
В отличие от периферической реакции, реакция аксотомии в центральных нейронах (нейронах ЦНС ) почти всегда приводит к гибели клеток. [5] Способом гибели клеток часто является апоптоз. [6] Центральные нейроны после разрыва обычно не способны регулировать экспрессию трофических факторов, типа белка, связанного с регенерацией. [7] Эти трофические факторы отвечают за регуляцию жизнеспособности нейронов [8] и являются критическим аспектом нейропротекции . Трофические факторы гарантируют выживание синапсов нейронов, то есть, по существу, поддерживают функциональность нейрона. Отсутствие повышенной экспрессии этих белков в конечном итоге приведет к клеточной атрофии.
При выполнении нейрохирургии специалистам часто приходится намеренно перерезать аксоны. Лазерная аксотомия — это разрабатываемый метод, позволяющий точно рассечь аксон. Лазерная аксотомия может позволить врачам лучше понять последствия разрыва аксона и разработать более эффективные методы лечения. Возможность точно перерезать определенные аксоны позволит исследователям изучить прямую корреляцию аксонов с их функциональностью.
Хотя во многих случаях аксотомия возникает из-за предполагаемого хирургического лечения, она также часто напрямую связана с одной из многих патологий/травм. Ниже приводится предварительный список некоторых известных сопутствующих травм и патологий. [ нужна цитата ]
Рассеянный склероз – это заболевание, которое демиелинизирует нервы центральной нервной системы, что приводит к ухудшению функций организма. [9] Основные патологии в основном неизвестны и не понятны. Это предполагают многие [ кто? ] что демиелинизация при рассеянном склерозе приводит к перерезке аксонов и, в конечном итоге, к аксональной дегенерации. Эта смерть аксона потенциально может быть причиной необратимых последствий рассеянного склероза. Используя то, что известно о реакции на аксотомию, врачи и исследователи стремятся реализовать нейропротекторную реабилитацию у пациентов на ранних стадиях рассеянного склероза, чтобы предотвратить развитие заболевания и необратимую инвалидность. Эта реабилитация будет включать использование трофических факторов для выживания нейронов и поддержания функции синапсов. [ нужна цитата ]
Черепно -мозговая травма определяется как тупое неракетное проникающее или осколочное ранение головы. [10] Было показано, что степень повреждения, полученного после травмы головы, более напрямую коррелирует с величиной деформации головного мозга, чем с величиной напряжения на область головы, приложенную к ней. Существует два способа аксотомии, которые могут возникнуть в результате ЧМТ. Первичная аксотомия происходит немедленно и характеризуется полной механической трансакцией аксонов. Чаще возникает вторичная аксотомия, развивающаяся с течением времени и в конечном итоге приводящая к отсоединению. Хотя этот тип повреждения часто является необратимым, аксоны иногда восстанавливаются. В настоящее время исследователи работают над использованием этого потенциала восстановления для разработки методов лечения пациентов с черепно-мозговыми травмами. Эти методы лечения основаны на научном понимании реакции аксотомии. Двумя механизмами, которые способствуют процессу реиннервации, являются острое воспаление и активация молекул во внеклеточном матриксе, окружающем синапс. Немедленное острое воспаление приводит к удалению разорванных аксонов путем активации местной глии. Реакция воспаления также задействует факторы роста, которые способствуют репопуляции постсинаптических участков. Негативные последствия этого воспаления может быть трудно обнаружить сразу после травмы. Воспаление головы после травмы часто развивается медленно и может привести к фатальному повышению церебрального давления. Недавно обнаруженный и изученный цитокин в настоящее время используется для лечения аксотомии до того, как произойдет повышение давления. Этот цитокин, называемый остеопонтином , может способствовать регенерации аксонов, обнажая участки связывания его рецепторов интегрина. Секреция остеопонтина может регулировать синаптогенез и воздействовать на необходимую нейроглию, необходимую для восстановления аксонов. Исследование, проведенное Джули Л. Чан, доказывает способность остеопонтина инициировать иммунный ответ, необходимый для восстановления и реорганизации синапсов после травмы (аксотомии). [11] Хотя исследование эффективно доказало функциональность остеопонтина в уменьшении интенсивной воспалительной реакции после черепно-мозговой травмы, оно не предоставило доказательств долгосрочных эффектов его имплантации в качестве варианта лечения. Изменение воспалительной реакции может непреднамеренно остановить полезные аспекты воспаления и оказать разрушительное воздействие на способность мозга к самовосстановлению.