Stjärnformade hjärnceller kan stänga av neuroner som är involverade i heroinåterfall

Stjärnformade hjärnceller kan stänga av neuroner som är involverade i heroinåterfall

Neuroforskare vid Medical University of South Carolina (MUSC) rapporterar i Science Advances att stjärnformade hjärnceller som kallas astrocyter kan "stänga av" neuroner som är involverade i ett heroinåterfall. Narkotikarelaterade signaler i miljön kan öka suget att söka droger och leda till återfall. I den här artikeln undersökte ett team under ledning av Peter Kalivas, Ph.D., och Anna Kruyer, Ph.D., båda vid institutionen för neurovetenskap, hur astrocyter interagerar med neuroner och om astrocyter spelar en viktig roll för att reglera svaret på läkemedelssignaler.

När vi lär oss att cykla eller lösa ett matematiskt problem skapar budbärarcellerna i vår hjärna som kallas neuroner kopplingar som gör att de kan kommunicera bättre, vilket gör det lättare för oss att utföra samma uppgift nästa gång. Samma sak händer när vi lär oss att associera njutning med skadliga ämnen som droger. Neuroner skickar kraftfulla meddelanden till varandra och motiverar oss att fortsätta återkomma till dem.

Kommunikation mellan neuroner styrs av en mängd olika celler, särskilt en grupp stjärnformade celler som kallas astrocyter. Astrocyter omger våra nervceller och fungerar som trafikljus och reglerar kommunikationen mellan celler, särskilt vid beroendeframkallande beteende.

En annan viktig faktor vid missbruk och återfall är den kemiska budbäraren glutamat. Glutamat stimulerar nervceller, vilket får dem att skicka ut elektriska signaler för att kommunicera med varandra. Kalivaslaboratoriet var avgörande för att fastställa betydelsen av glutamat. Genom årtionden av forskning har Kalivas utvecklat "glutamathypotesen om beroende", sa Kruyer.

Enligt denna hypotes kan för mycket glutamat få våra nervceller att ständigt avfyra som svar på läkemedelsinducerade miljöstimuli. Denna ständiga eld driver kommunikationen mellan celler i överdrift och främjar drogberoende beteende och återfall.

Kalivas och Kruyer fann att astrocyter kan bromsa överaktiv kommunikation.

Astrocyter är som en broms i en bil och du använder dem för att stoppa glutamatsignalen."

Anna Kruyer, Ph.D., Institutionen för neurovetenskap, MUSC

Men exakt hur gör de det?

För att svara på denna fråga använde forskarna en etablerad modell av heroinåterfall. I modellen lär sig råttor först att själv administrera heroin genom att trycka på en spak. Efter att ha tryckt på spaken tar de emot läkemedlet tillsammans med ljus- och ljudsignaler så att råttorna kan associera signalerna med läkemedlet. Sedan tas signalen och läkemedlet bort, vilket efterliknar abstinens. Så småningom får djuren tillgång till signalen igen, och att trycka på spaken är ett mått på drogberoende och återfall.

Med detta tillvägagångssätt fann Kruyer och Kalivas att astrocyter anpassar sig på två sätt för att minska drogberoende under abstinens. En familj av astrocyter rör sig närmare neuroner och avleder glutamat bort från synapsen, vilket minskar kommunikationen mellan neuroner. En annan familj ökar uttrycket av glutamattransportören GLT-1, som tar upp överskott av glutamat. I båda fallen saktar astrocyter ner neuronal kommunikation under tillbakadragande.

Men färre astrocyter var tillgängliga för denna bromsfunktion under återfallsfasen och de var belägna längre bort från neuronerna. Med hjälp av speciell kemisk teknologi kunde Kruyer och Kalivas slå på och av astrocyter för att ändra deras beteende, vilket visar att dessa stjärnformade celler spelar en viktig roll.

"När astrocyter omger neuroner," förklarade Kruyer, "sug de i huvudsak upp glutamatet och stänger den synapsen," sa hon. "Men när de drar sig tillbaka från neuroner, är det som att du har tappat bromsarna."

Dessa fynd kan ge nya insikter om hur man kan förhindra återfall.

"Eftersom astrocyter genomgår två anpassningar i den normala hjärnan för att undertrycka återfall, tror vi att de kan vara ett värdefullt cellulärt mål för att utveckla terapier för att bekämpa återfall i missbrukssjukdomar," sa Kruyer.

Tidigare kliniska studier har visat att en minskning av glutamat enbart inte är tillräckligt för att förhindra återfall hos människor. Dessa resultat tyder på möjligheten att kombinationsterapi som inte bara sänker glutamatnivåerna utan också förstärker bromseffekten av astrocyter kan vara mer framgångsrik och kräver ytterligare undersökning.

"Historiskt sett har neuroner fått mest uppmärksamhet när det gäller beteendepatologi," sa Kruyer. "Våra resultat visar att vi måste se på nervsystemet mer holistiskt och överväga att andra celltyper än neuroner kan påverka beteendet och kan vara nyckeln till att behandla återfall."

För att skapa förutsättningar för nya astrocytbaserade terapier försöker Kalivas Lab identifiera potentiella genmål.

"Många gener uttrycks i astrocyter som inte uttrycks i andra hjärnceller, inklusive neuroner," sa Kalivas. "Om vi ​​förstår vilka av dessa gener som är kritiska för astrocytreglering av återfall, kan vi utveckla läkemedel som selektivt ökar astrocyternas förmåga att hämma återfall. Detta är en gren av aktiv forskning i vårt laboratorium, och vi har identifierat några astrocytselektiva genprodukter som skulle kunna fungera som mål vid behandling av missbruksrubbningar."

Källa:

Medical University of South Carolina

Hänvisning:

Kruyer, A., et al. (2022) Plasticitet i astrocytsubpopulationer reglerar heroinåterfall. Vetenskapliga framsteg. doi.org/10.1126/sciadv.abo7044.

.