Stjerneformede hjerneceller kan slå av nevroner som er involvert i tilbakefall av heroin

Stjerneformede hjerneceller kan slå av nevroner som er involvert i tilbakefall av heroin

Nevrovitenskapsmenn ved Medical University of South Carolina (MUSC) rapporterer i Science Advances at stjerneformede hjerneceller kalt astrocytter kan "slå av" nevroner involvert i et herointilbakefall. Narkotikarelaterte signaler i miljøet kan øke trangen til å søke narkotika og føre til tilbakefall. I denne artikkelen undersøkte et team ledet av Peter Kalivas, Ph.D., og Anna Kruyer, Ph.D., begge ved Institutt for nevrovitenskap, hvordan astrocytter interagerer med nevroner og om astrocytter spiller en viktig rolle i å regulere responsen på stoffsignaler.

Når vi lærer å sykle eller løse et matematisk problem, danner budbringercellene i hjernen vår kalt nevroner forbindelser som lar dem kommunisere bedre, noe som gjør det lettere for oss å fullføre den samme oppgaven neste gang. Det samme skjer når vi lærer å assosiere nytelse med skadelige stoffer som narkotika. Nevroner sender kraftige meldinger til hverandre, og motiverer oss til å fortsette å komme tilbake til dem.

Kommunikasjon mellom nevroner styres av en rekke celler, spesielt en gruppe stjerneformede celler kalt astrocytter. Astrocytter omgir nevronene våre og fungerer som trafikklys, og regulerer kommunikasjonen mellom celler, spesielt ved vanedannende atferd.

En annen viktig faktor ved avhengighet og tilbakefall er den kjemiske budbringeren glutamat. Glutamat stimulerer nevroner, og får dem til å sende ut elektriske signaler for å kommunisere med hverandre. Kalivas-laboratoriet var medvirkende til å fastslå viktigheten av glutamat. Gjennom flere tiår med forskning har Kalivas utviklet "glutamathypotesen om avhengighet," sa Kruyer.

I følge denne hypotesen kan for mye glutamat føre til at nevronene våre hele tiden skyter som respons på medikamentinduserte miljøstimuli. Denne konstante brannen presser kommunikasjonen mellom cellene i overdrive og fremmer medikamentavhengig atferd og tilbakefall.

Kalivas og Kruyer fant at astrocytter kan bremse overaktiv kommunikasjon.

Astrocytter er som en brems i en bil, og du bruker dem for å stoppe glutamatsignalet."

Anna Kruyer, Ph.D., Institutt for nevrovitenskap, MUSC

Men hvordan gjør de det egentlig?

For å svare på dette spørsmålet brukte forskerne en etablert modell for tilbakefall av heroin. I modellen lærer rotter først å selv-administrere heroin ved å trykke på en spak. Etter å ha trykket på spaken mottar de stoffet sammen med lys- og lydsignaler slik at rottene kan assosiere signalene med stoffet. Deretter fjernes signalet og stoffet, og etterligner abstinens. Etter hvert får dyrene tilgang til signalet igjen, og å trykke på spaken er et mål på rusavhengighet og tilbakefall.

Ved å bruke denne tilnærmingen fant Kruyer og Kalivas at astrocytter tilpasser seg på to måter for å redusere narkotikaavhengighet under abstinenser. En familie av astrocytter beveger seg nærmere nevroner og avleder glutamat bort fra synapsen, noe som reduserer kommunikasjonen mellom nevronene. En annen familie øker uttrykket av glutamattransportøren GLT-1, som tar opp overflødig glutamat. I begge tilfeller bremser astrocytter nevronal kommunikasjon under uttak.

Imidlertid var færre astrocytter tilgjengelige for denne bremsefunksjonen under tilbakefallsfasen, og de var plassert lenger unna nevronene. Ved å bruke spesiell kjemisk teknologi, var Kruyer og Kalivas i stand til å slå astrocytter av og på for å endre oppførselen deres, og viste at disse stjerneformede cellene spiller en viktig rolle.

"Når astrocytter omgir nevroner," forklarte Kruyer, "suger de i hovedsak opp glutamatet og lukker den synapsen," sa hun. "Men når de trekker seg fra nevroner, er det som om du har mistet bremsene."

Disse funnene kan gi ny innsikt i hvordan man kan forebygge tilbakefall.

"Fordi astrocytter gjennomgår to tilpasninger i den normale hjernen for å undertrykke tilbakefall, tror vi at de kan være et verdifullt cellulært mål for å utvikle terapeutiske midler for å bekjempe tilbakefall i rusforstyrrelser," sa Kruyer.

Tidligere kliniske studier har vist at reduksjon av glutamat alene ikke er nok til å forhindre tilbakefall hos mennesker. Disse resultatene antyder muligheten for at kombinasjonsterapi som ikke bare senker glutamatnivåene, men også forbedrer bremseeffekten til astrocytter, kan være mer vellykket og krever ytterligere undersøkelser.

"Historisk har nevroner fått mest oppmerksomhet når det gjelder atferdspatologi," sa Kruyer. "Våre resultater viser at vi må se på nervesystemet mer helhetlig og vurdere at andre celletyper enn nevroner kan påvirke atferd og kan være nøkkelen til å behandle tilbakefall."

For å sette scenen for nye astrocyttbaserte terapier, prøver Kalivas Lab å identifisere potensielle genmål.

"Mange gener uttrykkes i astrocytter som ikke uttrykkes i andre hjerneceller, inkludert nevroner," sa Kalivas. "Hvis vi forstår hvilke av disse genene som er kritiske for astrocyttregulering av tilbakefall, kan vi utvikle medisiner som selektivt øker evnen til astrocytter til å hemme tilbakefall. Dette er en gren av aktiv forskning i vårt laboratorium, og vi har identifisert noen få astrocytt-selektive genprodukter som kan tjene som mål i behandlingen av ruslidelser."

Kilde:

Medical University of South Carolina

Referanse:

Kruyer, A., et al. (2022) Plastisitet i underpopulasjoner av astrocytter regulerer tilbakefall av heroin. Vitenskapelige fremskritt. doi.org/10.1126/sciadv.abo7044.

.