Исследователи в лаборатории доктора Чаррона изучают нейроны, нервные клетки, составляющие центральную нервную систему, а также их длинные отростки, известные как аксоны. Во время развития аксоны должны следовать определенным путям в нервной системе, чтобы правильно формировать нейронные цепи и позволять нейронам общаться друг с другом. Исследователи IRCM изучают процесс, называемый наведением аксонов, чтобы лучше понять, как аксонам удается следовать правильным путям.«Чтобы достичь своей цели, растущие аксоны полагаются на молекулы, известные как ориентиры, которые инструктируют их, в каком направлении двигаться, отталкивая или привлекая их к месту назначения», — объясняет доктор Чаррон, директор исследовательского подразделения молекулярной биологии нейронного развития в IRCM.
За последние несколько десятилетий научное сообщество изо всех сил пыталось понять, почему для того, чтобы аксоны достигли нужной цели, требовалось более одного сигнала наведения. В этой статье ученые IRCM раскрыли, как аксоны используют информацию из нескольких ориентиров для принятия решений о поиске пути.
Для этого они изучили относительное изменение концентрации управляющих сигналов в среде нейрона, которое называется крутизной градиента.«Мы обнаружили, что крутизна градиента является критическим фактором для наведения аксонов; чем круче градиент, тем лучше аксоны реагируют на сигналы наведения», — говорит Тайлер Ф.В. Слоан, аспирант лаборатории доктора Чаррона и первый автор исследования. . «Кроме того, мы показали, что градиент одного сигнала управления может быть недостаточно крутым, чтобы ориентировать аксоны.
В этих случаях мы показали, что комбинация сигналов управления может действовать синергетически друг с другом, чтобы помочь аксону интерпретировать направление градиента. "В сотрудничестве с Программой нейроинженерии в Университете Макгилла команда доктора Чаррона разработала инновационную технику для воссоздания градиентов концентрации управляющих сигналов in vitro, то есть они могут изучать развивающиеся аксоны вне их биологического контекста.«Этот новый метод дает нам несколько преимуществ по сравнению с предыдущими методами и позволяет моделировать более реалистичные условия, возникающие при развитии эмбрионов, проводить долгосрочные эксперименты для наблюдения за всем процессом управления аксонами и получать чрезвычайно полезные количественные данные», — добавляет Слоан. «Он сочетает в себе знания из области микрофлюидики, которая использует жидкости в микроскопическом масштабе для миниатюризации биологических экспериментов, с клеточными, биологическими и молекулярными исследованиями, которые мы проводим в лабораториях».«Это настоящая мультидисциплинарная работа и отличный пример того, что Программа по нейроинженерии стремится достичь в ситуациях, когда у нейробиологов, подобных мне, есть конкретный вопрос, который они хотят решить, но существующие инструменты не адаптированы для ответа на их вопрос», — отмечает Доктор Чаррон. «Таким образом, благодаря этой уникальной программе мы объединились с биоинженерами МакГилла и экспертами в области микрофлюидного и математического моделирования, чтобы создать устройство, необходимое для нашего исследования».
«Этот научный прорыв может приблизить нас к восстановлению поврежденных нервных клеток в результате повреждений центральной нервной системы», — заявляет д-р Чаррон. «Лучшее понимание механизмов, задействованных в ведении аксонов, откроет новые возможности для разработки методов лечения повреждений, возникающих в результате травм спинного мозга и, возможно, даже нейродегенеративных заболеваний».Травмы центральной нервной системы ежегодно затрагивают тысячи канадцев и могут привести к пожизненной инвалидности. Эти травмы, которые чаще всего возникают в результате несчастного случая, инсульта или болезни, в настоящее время очень трудно исправить.
Поэтому необходимы исследования для разработки новых инструментов для восстановления повреждений центральной нервной системы.