Stervormige hersencellen kunnen neuronen die betrokken zijn bij terugval van heroïne ‘uitschakelen’

Stervormige hersencellen kunnen neuronen die betrokken zijn bij terugval van heroïne ‘uitschakelen’

Neurowetenschappers van de Medische Universiteit van South Carolina (MUSC) rapporteren in Science Advances dat stervormige hersencellen, astrocyten genaamd, neuronen kunnen 'uitschakelen' die betrokken zijn bij een terugval van heroïne. Drugsgerelateerde signalen in de omgeving kunnen de drang om naar drugs te zoeken vergroten en tot terugval leiden. In dit artikel onderzocht een team onder leiding van Peter Kalivas, Ph.D., en Anna Kruyer, Ph.D., beiden van de afdeling Neurowetenschappen, hoe astrocyten interageren met neuronen en of astrocyten een belangrijke rol spelen bij het reguleren van de reactie op medicijnsignalen.

Wanneer we leren fietsen of een wiskundeprobleem oplossen, maken de boodschappercellen in onze hersenen, neuronen genaamd, verbindingen waardoor ze beter kunnen communiceren, waardoor het voor ons gemakkelijker wordt om de volgende keer dezelfde taak uit te voeren. Hetzelfde gebeurt als we plezier leren associëren met schadelijke stoffen zoals drugs. Neuronen sturen krachtige boodschappen naar elkaar, wat ons motiveert om naar hen terug te blijven komen.

De communicatie tussen neuronen wordt gecontroleerd door een verscheidenheid aan cellen, met name een groep stervormige cellen die astrocyten worden genoemd. Astrocyten omringen onze neuronen en fungeren als verkeerslichten, waarbij ze de communicatie tussen cellen reguleren, vooral bij verslavend gedrag.

Een andere belangrijke factor bij verslaving en terugval is de chemische boodschapper glutamaat. Glutamaat stimuleert neuronen, waardoor ze elektrische signalen uitzenden om met elkaar te communiceren. Het Kalivas-laboratorium speelde een belangrijke rol bij het vaststellen van het belang van glutamaat. Door tientallen jaren van onderzoek heeft Kalivas de ‘glutamaathypothese van verslaving’ ontwikkeld, zei Kruyer.

Volgens deze hypothese kan te veel glutamaat ervoor zorgen dat onze neuronen voortdurend vuren als reactie op door medicijnen veroorzaakte omgevingsstimuli. Dit constante vuur zet de communicatie tussen cellen in een stroomversnelling en bevordert drugsverslaving en terugval.

Kalivas en Kruyer ontdekten dat astrocyten overactieve communicatie kunnen vertragen.

Astrocyten zijn als een rem in een auto en je gebruikt ze om het glutamaatsignaal te stoppen.”

Anna Kruyer, Ph.D., Afdeling Neurowetenschappen, MUSC

Maar hoe doen ze dat precies?

Om deze vraag te beantwoorden, gebruikten de onderzoekers een gevestigd model van terugval van heroïne. In het model leren ratten eerst zelf heroïne toe te dienen door op een hendel te drukken. Nadat ze op de hendel hebben gedrukt, ontvangen ze het medicijn samen met licht- en geluidssignalen, zodat de ratten de signalen met het medicijn kunnen associëren. Vervolgens worden het signaal en het medicijn verwijderd, waardoor ontwenning wordt nagebootst. Uiteindelijk krijgen de dieren weer toegang tot het signaal, en het indrukken van de hendel is een maatstaf voor drugsverslaving en terugval.

Met behulp van deze aanpak ontdekten Kruyer en Kalivas dat astrocyten zich op twee manieren aanpassen om de drugsverslaving tijdens ontwenningsverschijnselen te verminderen. Een familie van astrocyten komt dichter bij de neuronen en leidt glutamaat weg van de synaps, waardoor de communicatie tussen neuronen wordt verminderd. Een andere familie verhoogt de expressie van de glutamaattransporter GLT-1, die overtollig glutamaat opneemt. In beide gevallen vertragen astrocyten de neuronale communicatie tijdens het terugtrekken.

Tijdens de terugvalfase waren echter minder astrocyten beschikbaar voor deze remfunctie en bevonden ze zich verder weg van de neuronen. Met behulp van speciale chemische technologie konden Kruyer en Kalivas astrocyten aan en uit zetten om hun gedrag te veranderen, wat aantoont dat deze stervormige cellen een belangrijke rol spelen.

‘Als astrocyten neuronen omringen,’ legde Kruyer uit, ‘zuigen ze feitelijk het glutamaat op en sluiten ze die synaps af,’ zei ze. “Maar als ze zich terugtrekken uit de neuronen, is het alsof je de remmen kwijt bent.”

Deze bevindingen kunnen nieuwe inzichten opleveren over hoe terugval kan worden voorkomen.

“Omdat astrocyten in de normale hersenen twee aanpassingen ondergaan om terugval te onderdrukken, denken wij dat ze een waardevol cellulair doelwit kunnen zijn voor het ontwikkelen van therapieën om terugval bij middelengebruiksstoornissen te bestrijden”, aldus Kruyer.

Eerdere klinische onderzoeken hebben aangetoond dat het verminderen van glutamaat alleen niet voldoende is om terugval bij mensen te voorkomen. Deze resultaten suggereren de mogelijkheid dat combinatietherapie die niet alleen de glutamaatniveaus verlaagt maar ook het remmende effect van astrocyten versterkt, succesvoller kan zijn en verder onderzoek rechtvaardigt.

“Historisch gezien hebben neuronen de meeste aandacht gekregen als het gaat om gedragspathologie,” zei Kruyer. “Onze resultaten laten zien dat we holistischer naar het zenuwstelsel moeten kijken en bedenken dat andere celtypen dan neuronen gedrag kunnen beïnvloeden en mogelijk de sleutel zijn tot de behandeling van terugval.”

Om de weg vrij te maken voor nieuwe op astrocyten gebaseerde therapieën, probeert het Kalivas Lab potentiële gendoelen te identificeren.

“Veel genen komen tot expressie in astrocyten die niet tot expressie komen in andere hersencellen, inclusief neuronen,” zei Kalivas. "Als we begrijpen welke van deze genen cruciaal zijn voor de regulatie van terugval door astrocyten, kunnen we medicijnen ontwikkelen die selectief het vermogen van astrocyten vergroten om terugval te remmen. Dit is een tak van actief onderzoek in ons laboratorium en we hebben een paar astrocyten-selectieve genproducten geïdentificeerd die als doelwit zouden kunnen dienen bij de behandeling van stoornissen in het middelengebruik."

Bron:

Medische Universiteit van South Carolina

Referentie:

Kruyer, A., et al. (2022) Plasticiteit in subpopulaties van astrocyten reguleert de terugval van heroïne. Wetenschappelijke vooruitgang. doi.org/10.1126/sciadv.abo7044.

.