Neuroregenerace - Neuroregeneration
Neuroregenerace se týká opětovného růstu nebo opravy nervových tkání , buněk nebo buněčných produktů. Takové mechanismy mohou zahrnovat generování nových neuronů , glií , axonů , myelinu nebo synapsí . Neuroregenerace se liší mezi periferním nervovým systémem (PNS) a centrálním nervovým systémem (CNS) funkčními mechanismy, zejména v rozsahu a rychlosti opravy. Když je axon poškozen, distální segment prochází Wallerianskou degenerací a ztrácí myelinový obal. Proximální segment může buď zemřít apoptózou, nebo podstoupit chromatolytickou reakci , což je pokus o opravu. V CNS dochází k synaptickému stripování, když procesy gliové nohy napadají mrtvou synapse.
Poranění nervového systému postihuje každý rok více než 90 000 lidí. Odhaduje se, že pouze poranění míchy postihuje každý rok 10 000. V důsledku tohoto vysokého výskytu neurologických poranění se regenerace a oprava nervů , podpole inženýrství nervových tkání , stává rychle rostoucím oborem věnovaným objevování nových způsobů, jak obnovit nervovou funkčnost po poranění. Nervový systém je rozdělen na dvě části: centrální nervový systém , který se skládá z mozku a míchy , a periferní nervový systém , který se skládá z hlavových a míchových nervů spolu s přidruženými gangliemi . Zatímco periferní nervový systém má vnitřní schopnost opravy a regenerace, centrální nervový systém je z velké části neschopný samoopravování a regenerace. V současné době neexistuje léčba obnovy funkce lidského nervu po poranění centrálního nervového systému. Navíc několik pokusů o opětovný růst nervů při přechodu PNS-CNS nebylo úspěšných. Prostě není dostatek znalostí o regeneraci v centrálním nervovém systému. Navíc, i když má periferní nervový systém schopnost regenerace, je ještě třeba provést mnoho výzkumů k optimalizaci prostředí pro maximální potenciál opětovného růstu. Neuroregenerace je klinicky důležitá, protože je součástí patogeneze mnoha nemocí, včetně roztroušené sklerózy .
Regenerace periferního nervového systému
K neuroregeneraci v periferním nervovém systému (PNS) dochází ve významné míře. Po poranění axonu periferní neurony aktivují různé signální dráhy, které zapínají prorůstové geny, což vede k reformaci funkčního růstového kuželu a regeneraci. Růst těchto axonů je také řízen chemotaktickými faktory vylučovanými ze Schwannových buněk . Poranění periferního nervového systému okamžitě vyvolává migraci fagocytů , Schwannových buněk a makrofágů do místa léze, aby se odstranily zbytky, jako je poškozená tkáň, která inhibuje regeneraci. Když je nervový axon přerušen, konec stále připojený k tělu buňky je označen jako proximální segment, zatímco druhý konec se nazývá distální segment. Po poranění proximální konec bobtná a dochází k retrográdní degeneraci, ale jakmile jsou nečistoty odstraněny, začne klíčit axony a může být detekována přítomnost růstových kuželů. Proximální axony jsou schopné opětovného růstu, pokud je tělo buňky neporušené, a navázaly kontakt se Schwannovými buňkami v endoneuriu (také známém jako endoneuriální trubice nebo kanál). Rychlost růstu lidského axonu může dosáhnout 2 mm / den u malých nervů a 5 mm / den u velkých nervů. Distální segment však zažívá Wallerianskou degeneraci během několika hodin po poranění; axony a myelin degenerují, ale endoneurium zůstává. V pozdějších fázích regenerace zbývající endoneuriální trubice směruje růst axonů zpět na správné cíle. Během Walleriánské degenerace rostou Schwannovy buňky v uspořádaných sloupcích podél endoneuriální trubice a vytvářejí pás Büngnerových buněk, který chrání a zachovává endoneuriální kanál. Makrofágy a Schwannovy buňky také uvolňují neurotrofní faktory, které podporují opětovný růst.
Regenerace centrálního nervového systému
Na rozdíl od poranění periferního nervového systému po poranění centrálního nervového systému nenasleduje rozsáhlá regenerace. Je omezen inhibičními vlivy gliálního a extracelulárního prostředí. Nepřátelské, nepermisivní růstové prostředí je zčásti vytvořeno migrací inhibitorů asociovaných s myelinem, astrocytů, oligodendrocytů, prekurzorů oligodendrocytů a mikroglií. Prostředí v CNS, zejména po traumatu, působí proti opravě myelinu a neuronů. Růstové faktory nejsou vyjádřeny ani znovu vyjádřeny; například v extracelulární matrici chybí lamininy . Gliální jizvy se rychle tvoří a glia ve skutečnosti produkují faktory, které inhibují remyelinaci a opravu axonů; například NOGO a NI-35. Samotné axony také ztrácejí potenciál růstu s věkem , mimo jiné kvůli snížení exprese GAP43 .
Pomalejší degenerace distálního segmentu než ta, která se vyskytuje v periferním nervovém systému, také přispívá k inhibičnímu prostředí, protože inhibiční myelin a axonální úlomky nejsou odstraněny tak rychle. Všechny tyto faktory přispívají k tvorbě tzv. Gliové jizvy , kterou axony nemohou růst. Proximální segment se pokouší regenerovat po poranění, ale jeho růstu brání prostředí. Je důležité si uvědomit, že bylo prokázáno, že axony centrální nervové soustavy rostou v tolerantním prostředí; primárním problémem regenerace axonů centrálního nervového systému je tedy křížení nebo eliminace místa inhibiční léze. Dalším problémem je, že morfologie a funkční vlastnosti neuronů centrálního nervového systému jsou velmi složité, proto nelze funkčně identický neuron nahradit jiným typem ( Llinásův zákon ).
Inhibice opětovného růstu axonů
Po poškození nervového systému je vyvolána tvorba jizev gliových buněk . V centrálním nervovém systému tato tvorba gliálních jizev významně inhibuje regeneraci nervů, což vede ke ztrátě funkce. Uvolňuje se několik rodin molekul, které podporují a řídí tvorbu gliálních jizev. Například transformační růstové faktory B-1 a -2, interleukiny a cytokiny hrají roli při zahájení tvorby jizev. Akumulace reaktivních astrocytů v místě poranění a vyšší regulace molekul, které inhibují růst neuritů, přispívají k selhání neuroregenerace. Up-regulované molekuly mění složení extracelulární matrice způsobem, o kterém bylo prokázáno, že inhibuje prodloužení růstu neuritů. Tato tvorba jizev zahrnuje několik typů buněk a rodin molekul.
Chondroitin sulfát proteoglykan
V reakci na faktory vyvolávající jizvy regulují astrocyty produkci proteoglykanů chondroitinsulfátu . Astrocyty jsou převládajícím typem gliových buněk v centrálním nervovém systému, které poskytují mnoho funkcí, včetně zmírnění poškození, opravy a tvorby gliových jizev. Je zapojena dráha RhoA . Bylo prokázáno, že proteoglykany chondroitin sulfátu (CSPG) jsou po poranění regulovány v centrální nervové soustavě (CNS). Opakující se disacharidy kyseliny glukuronové a galaktosaminu, glykosaminoglykany (CS-GAG), jsou kovalentně navázány na proteinové jádro CSPG. Ukázalo se, že CSPG inhibují regeneraci in vitro a in vivo, ale role, kterou jádrový protein CSPG vs. CS-GAG nebyl, byla až donedávna studována.
Keratan sulfát proteoglykany
Stejně jako proteoglykany chondroitinsulfátu je i produkce keratansulfátproteoglykanu (KSPG) regulována v reaktivních astrocytech jako součást tvorby gliálních jizev. Bylo také prokázáno, že KSPG inhibují prodloužení růstu neuritů a omezují regeneraci nervů. Keratan sulfát , nazývaný také keratosulfát, se tvoří z opakujících se disacharidových galaktózových jednotek a N-acetylglukosaminů. Je také 6-sulfátovaný. Tato sulfatace je zásadní pro prodloužení řetězce keratansulfátu. Byla provedena studie s použitím myší s deficitem N-acetylglukosaminu 6-0-sulfotransferázy-1. Myš divokého typu vykazovala významnou regulaci up mRNA exprimující N-acetylglukosamin 6-0-sulfotransferázu-1 v místě poranění kůry. Avšak u myší s deficitem N-acetylglukosamin 6-O-sulfotransferázy-1 byla exprese keratansulfátu významně snížena ve srovnání s myšmi divokého typu. Podobně byla významně snížena tvorba gliálních jizev u myší N-acetylglukosamin 6-0-sulfotransferázy-1 a ve výsledku byla regenerace nervů méně inhibována.
Další inhibiční faktory
Proteiny původu oligodendritického nebo gliového odpadu, které ovlivňují neuroregeneraci:
- NOGO - Proteinová rodina Nogo, zejména Nogo-A , byla identifikována jako inhibitor remyelinizace v CNS, zejména u autoimunitní zprostředkované demyelinizace, která se vyskytuje u experimentální autoimunitní encefalomyelitidy (EAE) a roztroušené sklerózy (MS). Nogo A funguje buď prostřednictvím svého amino-Nogo konce prostřednictvím neznámého receptoru, nebo prostřednictvím svého Nogo-66 konce prostřednictvím NgR1, p75 , TROY nebo LINGO1 . Antagonizace tohoto inhibitoru vede ke zlepšení remyelinizace, protože se účastní dráhy RhoA.
- NI-35 nepermisivní růstový faktor z myelinu.
- MAG - glykoprotein spojený s myelinem působí prostřednictvím receptorů NgR2, GT1b, NgR1, p75, TROY a LINGO1.
- OMgp - oligodendrocytový myelinový glykoprotein
- Ephrin B3 funguje prostřednictvím receptoru EphA4 a inhibuje remyelinaci.
- Sema 4D (Semaphorin 4D) funguje prostřednictvím receptoru PlexinB1 a inhibuje remyelinaci.
- Sema 3A (Semaphorin 3A) je přítomen ve jizvě, která se tvoří jak v poranění centrálního nervového systému, tak v periferních nervech a přispívá k inhibičním vlastnostem těchto jizev
Klinická léčba
Chirurgická operace
Chirurgický zákrok lze provést v případě, že se periferní nerv rozřízne nebo jinak rozdělí. Tomu se říká rekonstrukce periferních nervů . Poraněný nerv je identifikován a exponován tak, aby bylo možné vyšetřit normální nervovou tkáň nad a pod úrovní poranění, obvykle se zvětšením, pomocí lup nebo operačního mikroskopu . Pokud dojde k poškození velkého segmentu nervu, k čemuž může dojít při poranění tlačenicí nebo roztažením, bude nutné nerv vystavit na větší ploše. Poraněné části nervu jsou odstraněny. Řezané nervové zakončení se poté opatrně znovu aproximují pomocí velmi malých stehů. Oprava nervu musí být pokryta zdravou tkání, což může být stejně jednoduché jako uzavření kůže nebo může vyžadovat pohyb kůže nebo svalu, aby bylo zajištěno zdravé polstrované pokrytí nervu. Typ použité anestezie závisí na složitosti poranění. Chirurgický turniket je téměř vždy používá.
Prognóza
Očekávání po chirurgické opravě rozděleného periferního nervu závisí na několika faktorech:
- Věk : Obnova nervu po chirurgickém zákroku závisí hlavně na věku pacienta. Malé děti mohou obnovit nervovou funkci téměř normální. Naproti tomu pacient starší 60 let se seříznutým nervem v ruce by očekával, že se mu podaří obnovit pouze ochranný pocit; tj. schopnost rozlišovat horké / studené nebo ostré / matné.
- Mechanismus poranění : poranění ostrými předměty, například řezné rány, poškození jen velmi krátký úsek nervu, využijí pro přímou suturou. Naproti tomu nervy, které jsou rozděleny roztažením nebo rozdrcením, mohou být poškozeny přes dlouhé segmenty. Tato poranění nervů se léčí obtížněji a obecně mají horší výsledek. Navíc související poranění, jako je poranění kostí, svalů a kůže, může ztěžovat zotavení nervů.
- Úroveň zranění : Po nerv je opravena, regenerační nervová zakončení musí růst po celou cestu k jejich cíli. Například nerv poraněný na zápěstí, který normálně poskytuje senzaci palce, musí růst, aby poskytoval senzaci až ke konci palce. Návrat funkce klesá se zvětšenou vzdáleností, po které musí nerv růst.
Autologní štěp nervu
V současné době je autologní štěp nervu nebo nervový štěp známý jako zlatý standard pro klinickou léčbu používanou k opravě velkých mezer v periferním nervovém systému. Je důležité, aby nedošlo k opravě nervů pod napětím, k čemuž by jinak mohlo dojít, pokud by došlo k opětovnému přiblížení řezu přes mezeru. Nervové segmenty jsou odebrány z jiné části těla (dárcovské místo) a vloženy do léze, aby poskytly endoneuriální trubice pro axonální regeneraci přes mezeru. Není to však dokonalá léčba; konečným výsledkem je často jen omezené obnovení funkce. Částečná deinervace se často vyskytuje také v místě dárce a k odběru tkáně a její implantaci je zapotřebí více operací.
V případě potřeby lze použít blízkého dárce k dodání inervace poškozeným nervům. Trauma dárce lze minimalizovat využitím techniky známé jako end-to-side repair. Při tomto postupu se vytvoří epineuriální okénko v donorovém nervu a proximální pahýl poškozeného nervu se zašije přes okénko. Regenerující axony jsou přesměrovány do pařezu. Účinnost této techniky je částečně závislá na stupni parciální neurektomie prováděné na dárci, se zvyšujícím se stupněm neurektomie vedoucím ke zvýšení regenerace axonů v poškozeném nervu, ale s důsledkem zvýšení deficitu dárce.
Některé důkazy naznačují, že lokální dodání rozpustných neurotrofních faktorů v místě autologního štěpu nervu může zvýšit regeneraci axonů uvnitř štěpu a pomoci urychlit funkční zotavení paralyzovaného cíle. Další důkazy naznačují, že exprese neurotrofních faktorů v cílovém svalu indukovaná genovou terapií může také pomoci zlepšit regeneraci axonů. Urychlování neuroregenerace a reinervaci o denervován cíl je nesmírně důležité, aby se snížila možnost trvalé ochrnutí v důsledku svalové atrofie.
Allografty a xenoštěpy
Variace nervového autotransplantátu zahrnují aloštěp a xenograft . U aloštěpů je tkáň pro štěp odebrána jiné osobě, dárci, a implantována příjemci. Xenografty zahrnují odběr dárcovské tkáně od jiného druhu. Allografty a xenografty mají stejné nevýhody jako autografty, ale kromě toho je třeba vzít v úvahu také odmítnutí tkáně z imunitních odpovědí. U těchto štěpů je často nutná imunosuprese. Přenos nemoci se také stává faktorem při zavádění tkáně od jiné osoby nebo zvířete. Celkově aloštěpy a xenografty neodpovídají kvalitě výsledků pozorovaných u autotransplantátů, ale jsou nezbytné v případě nedostatku autologní nervové tkáně.
Nervové vedení
Vzhledem k omezené funkčnosti získávané z autotransplantátů, současného zlatého standardu pro regeneraci a opravu nervů, se nedávný výzkum inženýrství nervové tkáně zaměřil na vývoj bioartificiálních vedení nervového vedení za účelem vedení axonálního opětovného růstu. Vytváření umělých nervových vedení je také známé jako entubulace, protože nervové konce a mezera mezi nimi jsou uzavřeny v trubici složené z biologických nebo syntetických materiálů.
Imunizace
Směr výzkumu směřuje k užívání léků, které se zaměřují na proteiny inhibitorů remyelinizace nebo jiné inhibitory. Mezi možné strategie patří očkování proti těmto proteinům (aktivní imunizace) nebo léčba dříve vytvořenými protilátkami ( pasivní imunizace ). Tyto strategie se zdají slibné na zvířecích modelech s experimentální autoimunitní encefalomyelitidou (EAE), modelem MS . Monoklonální protilátky byly také použity proti inhibičním faktorům, jako je NI-35 a NOGO.