Исследователи из Университета Тохоку показали, что астроциты в мозге мыши проявляют кислотную реакцию с усилением эпилептических припадков. Кислотный ответ астроцитов может приводить к усилению возбуждающих нейронных сигналов и быть основным стимулом для создания пластичности эпилептогенеза.

Выводы были подробно описаны в журнале Brain 25 ноября 2022 года.

Клетки головного мозга можно разделить на нейроны и глию. Астроциты являются основным подтипом глии, контролирующей локальную ионную и метаботропную среду в головном мозге.

Чтобы лучше понять астроциты и среду мозга, флуоресцентные сенсорные белки были генетически экспрессированы в астроцитах мышей. Затем исследователи имплантировали оптическое волокно в латеральный гипоталамус мозга мыши, чтобы посылать возбуждающий свет и записывать флуоресцентные сигналы. Путем анализа сигналов, зарегистрированных с помощью этого недавно разработанного метода фотометрии волокон, была оценена активность астроцитов и выявлены критические компоненты локальных изменений окружающей среды мозга.

Использование оптических сигналов для получения информации о живом мозге экспериментальных животных широко использовалось в недавних исследованиях в области неврологии. Несмотря на то, что они занимают почти половину головного мозга, астроциты не генерируют электрические сигналы , а это означает, что традиционные исследования электроэнцефалограммы, при которых электрическая активность мозга измеряется с помощью электродов, прикрепленных к коже головы, не могут применяться для изучения функции астроцитов. Поэтому исследователи обратились к технологии волоконной фотометрии.

«Участие глии в обработке информации, пластичности и здоровье мозга долгое время оставалось загадкой», — говорит профессор Ко Мацуи из лаборатории суперсетевой физиологии мозга в университете Тохоку, который руководил исследованием. «Наш недавно созданный метод фотометрии волокон открывает двери для понимания физиологии глии в здоровом и больном живом мозгу».

Исследователи не были первыми, кто применил технологию фотометрии волокон, но в большинстве предыдущих исследований не учитывалось влияние локального объема крови и изменений pH цитозоля на обнаруженные сигналы флуоресценции. Однако ведущий исследователь доктор Йоко Икома, Мацуи и их команда расширили анализ обнаруженных флуоресцентных сигналов, чтобы извлечь как можно больше местных параметров окружающей среды.

«Это исследование может сравниться с достижениями Ходжкина и Хаксли в 1970-х», — добавляет Мацуи. «Они выделили временную динамику активации Na + и K + каналов из одной формы волны потенциала действия; в то время как мы смогли выделить Ca 2+ , pH и локальные изменения объема крови в мозге из обнаруженных сигналов флуоресценции. Общая цель исследования физиология состоит в том, чтобы распутать обнаруженные сигналы и раскрыть существенную истину, стоящую за тем, что мы можем наблюдать».

Икома говорит, что их технологический прорыв может быть использован для понимания роли локальных изменений мозговой среды во многих патологиях головного мозга. « Терапевтическая стратегия, предназначенная для контроля pH астроцитов, потенциально может быть использована не только для лечения эпилепсии, но и для лечения инсульта или травмы головного мозга — даже для улучшения памяти при лечении деменции».