Клеточные электростанции, как правило, длинные и худые, но при черепно-мозговых травмах, таких как инсульт или травма, они могут быстро раздуваться и выходить из строя, говорят ученые, которые впервые задокументировали это явление в реальном времени на живом мозге.
Ученые также обнаружили, что, не давая этим митохондриям ничего, кроме времени, они часто восстанавливают свою обычную здоровую форму, как только кровь и кислород восстанавливаются в тканях легкой или средней степени повреждения, сказал доктор. Сергей Киров, нейробиолог отделения нейрохирургии Медицинского колледжа Джорджии Университета Огаста.
"Мы считаем, что это хорошее доказательство того, что митохондрии могут восстанавливать свою нормальную форму после коротких периодов ишемии, вызванной инсультом или травмой, и что препараты, улучшающие их восстановление, могут улучшить общее восстановление после таких травм головного мозга," Киров сказал.
Даже после короткого периода глобальной ишемии, когда все тело не получает кислорода, как при остановке сердца, митохондрии быстро восстанавливаются, если запасы крови и кислорода восстанавливаются в течение пяти минут. Прошло три минуты, и митохондрии не вернули свое обычное высокофункциональное сухое состояние.
Предыдущие исследования культур нейронов и срезов головного мозга доказали, что форма
Киров и д-р. Леонард Хироуг, нейробиолог из Центра неврологии Хельсинкского университета, Финляндия, является соавтором работы с живым мозгом, опубликованной в Journal of Neuroscience.
Они использовали мощность двухфотонной лазерной сканирующей микроскопии, которая обеспечивает долгосрочное наблюдение в живой ткани в сочетании с трансгенными мышами с флуоресцентными митохондриями, чтобы задокументировать мощь клеток в считанные минуты, часы и дни после легкой, средней и тяжелой травмы.
Они сосредоточились на пирамидальных нейронах коры головного мозга, бороздчатой внешней части мозга, связанной с более высокой когнитивной функцией, которая является одной из первых областей, пострадавших в результате инсульта и черепно-мозговой травмы. Они специально изучали митохондрии в дендритах этих нейронов, древовидные отростки с высокими энергетическими требованиями, которые постоянно получают сигналы от других нейронов. Эти, как правило, длинные и тощие дендриты, набитые митохондриями, становятся фрагментированными из-за таких повреждений головного мозга. Но ученые увидели, что деструктивная трансформация митохондрий на самом деле произошла первой и в течение нескольких минут.
Киров называет митохондрии динамическими структурами, которые могут маневрировать вокруг дендрита, чтобы поддерживать точку наибольшей потребности в энергии в этот момент. Они также связаны друг с другом, так же как линии электропередач соединяют высоковольтные электрические подстанции. Как и большинство вещей в жизни, они также являются обоюдоострыми мечами, которые снабжают клетки энергией, необходимой для жизни и функционирования, но также могут вызывать гибель клеток. Ядовитые события, такие как инсульт или ЧМТ, могут вызвать этот смертельный сигнал.
Один из способов, которым они обычно защищают клетки, – это захват кальция, важной сигнальной молекулы в головном мозге, которая может быть смертельной при избыточных уровнях, которые обычно возникают при травмах.
"Когда они получают травмы или фрагментируются, они больше не могут выполнять эти функции," Киров сказал.
Митохондрии также могут расщепляться и образовывать новые митохондрии, чтобы заменить старые, и часть работы, которая предстоит ученым, состоит в том, чтобы определить, действительно ли это новые митохондрии, а не восстановленные, возникающие особенно после длительного восстановления после тяжелой травмы.
Они также хотят посмотреть на выход энергии восстановленных митохондрий и существующие лекарства, которые могут улучшить это восстановление. Особый интерес представляет воздействие на так называемую полутень, область мозга, окружающую очаг инсульта или другой черепно-мозговой травмы, где поврежденные клетки мозга могут восстановиться или умереть в часы и дни после события.
Нейроны и мышечные клетки являются двумя крупнейшими потребителями энергии и, как правило, имеют больше митохондрий, чем другие типы клеток. В сценарии здорового мозга, если митохондрии создают слишком много новых митохондрий, они перерабатывают их так же, как и старые, которые они заменяют.