Neuroregenerací se rozumí opětovný růst nebo obnova nervových tkání, buněk nebo buněčných produktů. Takové mechanismy mohou zahrnovat tvorbu nových neuronů, glií, axonů, myelinu nebo synapsí. Neuroregenerace se liší mezi periferním nervovým systémem (PNS) a centrálním nervovým systémem (CNS) funkčními mechanismy a zejména rozsahem a rychlostí. Při poškození axonu dochází k distální segmentu Wallerovy degenerace, čímž dochází ke ztrátě myelinového pouzdra. Proximální segment může buď zemřít apoptózou, nebo projít chromatolytickou reakcí, která je pokusem o nápravu. V CNS dochází k synaptickému stripování, kdy procesy gliové nohy napadají mrtvou synapsi.
Poranění nervového systému postihují každý rok přes 90 000 lidí. Odhaduje se, že jen poranění míchy postihují každý rok 10 000 lidí. V důsledku tohoto vysokého výskytu neurologických poranění se regenerace a oprava nervů, podobor inženýrství nervové tkáně, stává rychle se rozvíjejícím oborem věnovaným objevování nových způsobů, jak obnovit funkčnost nervů 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 kraniálních a míšních nervů spolu s jejich přidruženými ganglii. Zatímco periferní nervový systém má vnitřní schopnost pro opravu a regeneraci, centrální nervový systém je z větší části neschopný se sám opravit a regenerovat. V současné době neexistuje žádná léčba pro obnovení funkce lidského nervu po poranění centrálního nervového systému. Navíc vícenásobné pokusy o opětovný růst nervů napříč přechodem PNS-CNS nebyly úspěšné. O regeneraci v centrálním nervovém systému prostě není dostatek poznatků. Kromě toho, přestože periferní nervový systém má schopnost regenerace, je třeba ještě vykonat mnoho výzkumu, aby se optimalizovalo prostředí pro maximální potenciál regenerace. Regenerace nervů je důležitá klinicky, protože je součástí patogeneze mnoha onemocnění, včetně roztroušené sklerózy.
Regenerace periferního nervového systému
Ve významné míře dochází k neuroregeneraci v periferním nervovém systému (PNS). Axonální výhonky se tvoří na proximálním pahýlu a rostou, dokud nevstoupí do distálního pahýlu. Růst výhonků je řízen chemotaktickými faktory vylučovanými ze Schwannových buněk (neurolemmocyty). Poranění periferního nervového systému okamžitě vyvolá migraci fagocytů, Schwannových buněk a makrofágů do místa léze, aby se odstranily zbytky, jako je poškozená tkáň. Když je nervový axon přerušen, konec stále připojený k buněčnému tělu je označen jako proximální segment, zatímco druhý konec se nazývá distální segment. Po poranění proximální konec nabobtná a dochází k určité retrográdní degeneraci, ale jakmile jsou zbytky odstraněny, začnou klíčit axony a lze zjistit přítomnost růstových kuželů. Proximální axony jsou schopny regenerovat, dokud je buněčné tělo neporušené, a navázaly kontakt se Schwannovými buňkami v endoneurálním kanálu. Tempo růstu axonů u člověka může dosáhnout 2 mm/den v malých nervech a 5 mm/den ve velkých nervech. Distální segment však zažívá Wallerovu degeneraci během několika hodin po poranění; axony a myelin degenerují, ale endoneurium zůstává. V pozdějších fázích regenerace zbývající endoneurální trubice směruje růst axonů zpět ke správným cílům. Během Wallerovy degenerace rostou Schwannovy buňky v uspořádaných sloupcích podél endoneurální trubice, čímž se vytváří pás Büngnera (boB), který chrání a uchovává endoneurální kanál. Také makrofágy a Schwannovy buňky uvolňují neurotrofické faktory, které posilují opětovný růst.
Regenerace centrálního nervového systému
Na rozdíl od poranění periferního nervového systému není poranění centrálního nervového systému následováno rozsáhlou regenerací. Je omezeno inhibičními vlivy gliálního a extracelulárního prostředí. Nepřátelské, nepřípustné růstové prostředí je částečně vytvořeno migrací inhibitorů asociovaných s myelinem, astrocytů, oligodendrocytů, prekurzorů oligodendrocytů a mikroglií. Prostředí v CNS, zejména po traumatu, působí proti reparaci myelinu a neuronů. Růstové faktory nejsou exprimovány ani znovu exprimovány; například extracelulární matrix postrádá lamininy. Rychle se tvoří jizvy po lesku a glie ve skutečnosti produkují faktory, které inhibují remyelinizaci a nápravu axonu; například NOGO a NI-35. Samotné axony také ztrácejí potenciál růstu s věkem, kvůli poklesu exprese GAP 43.
Pomalejší degenerace distálního segmentu, než k jaké dochází v periferním nervovém systému, také přispívá k inhibičnímu prostředí, protože inhibiční myelinové a axonální trosky nejsou odstraňovány tak rychle. Všechny tyto faktory přispívají k tvorbě tzv. gliální jizvy, přes kterou axony nemohou růst. Proximální segment se po zranění pokouší o regeneraci, ale jeho růstu brání prostředí. Je důležité poznamenat, že axony centrálního nervového systému prokazatelně dorůstají v přípustných prostředích; proto je primárním problémem axonální regenerace centrálního nervového systému zkřížení nebo odstranění inhibičního místa léze.
Inhibice regenerace axonů
Tvorba jizvy na kloubu je navozena po poškození nervového systému. V centrálním nervovém systému tato tvorba jizvy na kloubu významně inhibuje regeneraci nervů, což vede ke ztrátě funkce. Uvolňuje se několik rodin molekul, které podporují a řídí tvorbu jizvy na kloubu. Při iniciaci tvorby jizvy hrají roli transformační růstové faktory B-1 a -2, interleukiny a cytokiny. Inhibice regenerace nervů je výsledkem akumulace reaktivních astrocytů v místě poranění a up regulace molekul, které inhibují výrůstek neuritového prodloužení. Nahoru regulované molekuly mění složení extracelulární matrix způsobem, který prokazatelně inhibuje prodloužení výrůstku neuritu. Tato tvorba jizvy zahrnuje příspěvky několika typů buněk a rodin molekul.
Chondroitin sulfát proteoglykan
V reakci na faktory vyvolávající jizvy, jako jsou výše popsané, astrocyty nahoru regulují produkci chondroitin sulfátových proteoglykanů. Astrocyty jsou převládajícím typem gliální buňky v centrálním nervovém systému, která zajišťuje mnoho funkcí včetně zmírňování poškození, opravy a tvorby gliální jizvy. Podílí se na tom dráha RhoA. Bylo prokázáno, že chondroitin sulfátové proteoglykany (CSPG) jsou po poranění nahoře regulovány v centrálním nervovém systému (CNS). Opakované disacharidy kyseliny glukuronové a galaktosaminu, glykosaminoglykany (CS-GAG), jsou kovalentně vázány na proteinové jádro CSPG. Bylo prokázáno, že CSPG inhibují regeneraci in vitro a in vivo, ale role, kterou hraje protein jádra CSPG vs. CS-GAG, nebyla až donedávna studována.
Nedávná studie provedla experimenty s cílem určit CS-GAG přítomné v normální neporaněné kůře mozkové, stejně jako ty přítomné po poranění a výsledné zralé jizvě po glii. Rozdíl v typech CS-GAG a množství přítomné mezi těmito dvěma typy byl poté použit ke studiu inhibičních účinků těchto typů CS-GAG regulovaných v jizvě po glii na prodloužení neuritu. Výsledná analýza ukázala, že profily GAG normální kůry mozkové a jizvy po glii byly významně odlišné. Tkáň jizvy po glii prokázala zvýšenou regulaci chondroitin-4,6-sulfátu, chondroitin-2-sulfátu a chondroitin-6-sulfátu. Na druhé straně neporaněná kortikální tkáň ukázala, že většina CS-GAG je chondroitin-4-sulfát, ale také přítomný chondroitin a chondroitin-6-sulfát.
S využitím těchto informací byly provedeny studie ke kvantifikaci inhibičních účinků CSPGS na výrůstek neuritu. U všech vzorků CSPG bylo prokázáno, že inhibují výrůstek neuritu. Nicméně CS-E a aggrecan byly s velkou rezervou nejvíce inhibiční, které obsahovaly většinou 4,6-sulfátový GAG, respektive 4-sulfátový GAG. Průměrná délka neuritu pro experimenty s těmito vzorky byla 22 ± 40 µm, respektive 24 ± 44 µm. To je porovnáno s ostatními průměry, které byly více než desetkrát vyšší než tyto hodnoty. Jiná studie prokázala, že hlavní nárůst po poranění míchy byl u 4-sulfátového chondroitinu. V této studii autoři prokázali, že selektivní zvýšení nebo snížení 4-sulfationu u proteoglykanů chondroitin sulfátu odvozených od astroktyí má účinek podporující růst, respektive inhibující růst. Dohromady by tyto studie poukazovaly na 4-sulfation jako na kritickou modifikaci CSPG v jizvě glie.
Bylo rovněž prokázáno, že chondroitin sulfát proteoglykany fosfát a neurocan hrají roli v jizvě po glii. Bylo prokázáno, že fosfát má sníženou hladinu jizvy po glii ve srovnání s neporaněnou kůrou mozkovou. Tento pokles je přínosný pro tvorbu nervů, protože bylo prokázáno, že fosfát inhibuje extenzi neuritu podobně jako ostatní CSPG, o kterých již byla řeč. Alternativně je produkce neurokanu v astrocytech v jizvě po glii ve srovnání s neporaněnou kůrou mozkovou a astrocyty v podmínkách primární buněčné kultury zvýšena. Bylo prokázáno, že tyto zvýšené hladiny neurokanů zůstávají zvýšené 30 dní po počátečním zranění. To znamená, že neurokan má prodlouženou roli v chronické jizvě.
Bylo prokázáno, že inhibice Rho-kinázy (ROCK) Y-27632 aktivuje reaktivní astrocyty a zvyšuje jejich expresi CSPG. Studie s Y-27632 ukázaly, že místa poranění centrálního nervového systému léčená Y-27632 způsobují zvýšenou regulaci proteinu kyseliny gliové fibrilární a neurokanu. Při in vitro kulturách astrocytů stejná léčba prokázala zvýšenou expresi CSPG a výsledný pokles prodloužení výrůstku neuritu. Tento inhibiční účinek byl snížen trávením složek CSPG chondroitinázou-ABC.
NG2 je další typ chondroitin sulfátového proteoglykanu, který je exprimován buňkami prekurzoru oligodendrocytů. Prekurzorové buňky oliigodendrocytů jsou dalším typem gliálních buněk nacházejících se v centrálním nervovém systému, které hrají roli při tvorbě jizev po glii. Tyto typy buněk se mohou vyvinout v normální oligodendrocyt nebo gliální fibrilární kyselý proteinově pozitivní astrocyt v závislosti na faktorech prostředí. NG2 se nachází na povrchu těchto buněk a bylo prokázáno, že inhibuje také prodloužení výrůstku neuritu. Jedná se o transmembránové molekuly s vysokou molekulovou hmotností, jejichž největší část zasahuje do extracelulárního prostoru.
Po poranění centrálního nervového systému jsou v okolí místa poranění pozorovány NG2 exprimující buňky oligodendrocytů během 48 hodin od počátečního poranění. Počet NG2 exprimujících buněk se zvyšuje po další tři až pět dní a vysoké hladiny NG2 jsou pozorovány během sedmi až deseti dnů od poranění. In vitro studie prokázaly vliv, který mají hladiny NG2 na inhibici růstu neuritu. Neurony by se zejména nedržely substrátů vytvořených pouze z NG2, což naznačuje jeho inhibiční účinky na regeneraci nervů. Při pěstování na substrátech obsahujících NG2 i adhezivní molekuly bylo prokázáno, že rozšíření neuritu je sníženo o 40-45% ve srovnání s rozšířením neuritu na substrátech obsahujících pouze adhezivní molekuly. Dále byly vytvořeny kultury s pruhovanými povrchy, které střídaly NG2 pruhy s pruhy obsahujícími pouze adhezivní molekuly. Neurony a axony umístěné na těchto pruhovaných oblastech setrvale zůstávaly v pruzích bez NG2. Je tedy jasné, že hromadění NG2 exprimujících buněk v místě poranění vytváří extracelulární bariéru, která brání regeneraci axonu do oblasti jizvy po glii.
Keratan sulfát proteoglykany
Podobně jako u proteoglykanů chondroitin sulfátu je produkce proteoglykanu keratan sulfátu (KSPG) v reaktivních astrocytech regulována jako součást tvorby jizev po glii. Bylo rovněž prokázáno, že KSPG inhibují prodlužování výrůstku neuritu, což omezuje regeneraci nervů. Keratan sulfát, nazývaný také keratosulfát, se tvoří z opakujících se disacharidových galaktosových jednotek a N-acetylglukosaminů. Je také 6-sulfátový. Tato sulfatace je klíčová pro prodloužení řetězce keratan sulfátu. Byla provedena studie s myšmi s deficitem N-acetylglukosaminu 6-O-sulfotransferázy-1. U divokých myší typu byla prokázána významná regulace mRNA exprimující N-acetylglukosamin 6-O-sulfotransferázu-1 v místě kortikálního poranění. U myší s deficitem N-acetylglukosaminu 6-O-sulfotransferázy-1 však byla exprese keratan sulfátu významně snížena ve srovnání s divokými myšmi typu. Podobně se výrazně snížila tvorba jizev po gliích u myší s N-acetylglukosamin 6-O-sulfotransferázou-1, a v důsledku toho byla méně inhibována regenerace nervů.
Proteiny oligodendritického nebo gliového původu zodpovědné za neuroregeneraci:
Operace může být provedena v případě, že periferní nerv se stal řez nebo jinak rozdělen. To se nazývá rekonstrukce periferního nervu. Zraněný nerv je identifikován a vystaven tak, že normální nervová tkáň může být zkoumána nad a pod úrovní poranění, obvykle s zvětšením, pomocí buď lupy nebo operační mikroskop. Je-li velký segment nervu je poškozen, jak se může stát v tlačenici nebo stretch zranění, nerv bude muset být vystaven na větší plochu. Zraněné části nervu jsou odstraněny. Řezné nervová zakončení jsou pak pečlivě reapproximated pomocí velmi malých stehů. Nervová oprava musí být pokryta zdravou tkání, což může být tak jednoduché, jak uzavření kůže, nebo to může vyžadovat pohyblivou kůži nebo sval poskytnout zdravé polstrované pokrytí přes nerv. Typ anestezie použitý závisí na složitosti zranění. Chirurgické škrtidlo se téměř vždy používá.
Očekávání po chirurgické opravě rozděleného periferního nervu závisí na několika faktorech:
V současné době je autologní nervový štěp, nebo nervový autograft, známý jako zlatý standard pro klinickou léčbu používanou k opravě velkých mezer v lézích v periferním nervovém systému. Je důležité, aby nervy nebyly opraveny pod napětím, což by se jinak mohlo stát, pokud jsou přeříznuté konce znovu aproximovány přes mezeru. Nervové segmenty jsou odebrány z jiné části těla (dárcovské místo) a vloženy do léze, aby poskytly endoneurální trubice pro axonální regeneraci přes mezeru. To však není dokonalá léčba; často je konečným výsledkem jen omezená obnova funkce. Také částečná deinnervace se často vyskytuje v dárcovském místě, a vícenásobné operace jsou nutné k odběru tkáně a implantaci.
Je-li to vhodné, lze použít blízkého dárce k dodávce inervace do poškozených nervů. Trauma pro dárce lze minimalizovat použitím techniky známé jako end-to-side oprava. Při této proceduře se vytvoří epineurální okno v dárcovském nervu a proximální pahýl poškozeného nervu je sešit přes okno. Regenerační axony jsou přesměrovány do pahýlu. Účinnost této techniky je částečně závislá na stupni částečné neurektomie provedené u dárce, přičemž zvyšující se stupeň neurektomie vede ke zvýšení regenerace axonu v poškozeném nervu, avšak s následkem zvýšení deficitu dárce.
Některé důkazy naznačují, že lokální dodávka rozpustných neurotrofických faktorů v místě autologního nervového štěpu může posílit regeneraci axonu v štěpu a pomoci urychlit funkční obnovu paralyzovaného cíle. Jiné důkazy naznačují, že genovou terapií indukovaná exprese neurotrofických faktorů v samotném cílovém svalu může také pomoci posílit regeneraci axonu. Urychlení neuroregenerace a reinnervace denervovaného cíle je kriticky důležité pro snížení možnosti trvalé paralýzy v důsledku svalové atrofie.
Variace na nervový autograft zahrnují alograft a xenograft. U alograftů se tkáň pro štěp odebere od jiné osoby, dárce, a implantuje se příjemci. Xenografty zahrnují odběr dárcovské tkáně od jiného druhu. Allografty a xenografty mají stejné nevýhody jako autografty, ale navíc se musí brát v úvahu i odmítnutí tkáně z imunitních reakcí. U těchto štěpů je často nutná imunosuprese. Přenos nemoci se také stává faktorem při zavádění tkáně od jiné osoby nebo zvířete. Celkově alografty a xenografty neodpovídají kvalitě výsledků pozorovaných u autograftů, ale jsou nezbytné, pokud je nedostatek autologní nervové tkáně.
Vzhledem k omezené funkčnosti získané z autograftů, současného zlatého standardu pro regeneraci a opravu nervů, se nedávný výzkum inženýrství nervové tkáně zaměřil na vývoj bioumělých vodicích vedení nervů s cílem vést regeneraci axonů. Vytvoření umělých nervových vodičů je také známé jako entubulace, protože nervové zakončení a zasahující mezera jsou uzavřeny v trubici složené z biologických nebo syntetických materiálů.
Směrem výzkumu je použití léků, které se zaměřují na proteiny inhibitorů remyelinizace, nebo jiné inhibitory. Možné strategie zahrnují očkování proti těmto proteinům (aktivní imunizace), nebo léčbu dříve vytvořenými protilátkami (pasivní imunizace). Tyto strategie se jeví slibně na zvířecích modelech s experimentální autoimunitní encefalomyelitidou (EAE), což je model RS.
Monoklonální protilátky byly také použity proti inhibičním faktorům, jako jsou NI-35 a NOGO.
Arousal (Wakefulness) · Intrakraniální tlak · Lateralizace mozkových funkcí · Spánek · Paměť
Bereitschaftspotential · P300 · sluchově evokovaný potenciál · Somatosensory evokované potenciály · Somatosensory evokované potenciály · Vizuálně evokovaný potenciál
Neurotransmise · Chronaxie · Membránový potenciál · Akční potenciál · Postsynaptický potenciál (Excitační, inhibiční)
Axoplazmatický transport · Neuroregenerace/Nervová regenerace · Neuroplasticita/Synaptická plasticita (dlouhodobá potenciace, dlouhodobá deprese)
anat (n/s/m/p/4/e/b/d/c/a/f/l/g)/phys/devp
noco (m/d/e/h/v/s)/cong/tumr, sysi/epon, injr
proc, lék (N1A/2AB/C/3/4/7A/B/C/D)
anat(h/r/t/c/b/l/s/a)/phys(r)/devp/prot/nttr/nttm/ntrp
noco/auto/cong/tumr, sysi/epon, injr