A négydimenziós modell pontosan megmutatja, hogy a gerincvelő közel félmillió sejtje hogyan reagál a különböző súlyosságú sérülésekre. Az új sejtatlasz segíthet a kutatóknak a nyitott kérdések megoldásában és új kezelések kifejlesztéséhez is vezethet. „Ha tudjuk, hogy a gerincvelő egyes sejtjei mit csinálnak a sérülésre adott válaszreakcióban, akkor ezt a tudást személyre szabott terápiák kifejlesztésére használhatjuk fel” – mondja Mark Anderson, a genfi Svájci Szövetségi Technológiai Intézet neurobiológusa, aki részt vett az atlasz összeállításában.

Anderson és kollégái RNS-szekvenálásból és más sejtbiológiai technikákból származó adatokat és gépi tanulási algoritmusokat használtak az atlasz létrehozásához. Az eredményeket egy Nature-ben megjelent tanulmányban ismertették, miközben a teljes atlaszt elérhetővé tették egy online platformon.

A kutatók 52 sérült és egészséges egérből gerincvelőjéből vett mintákat vizsgáltak 1, 4, 7, 14, 30 és 60 nappal a sérülés után. Elemzésükben 18 különböző sérülést tanulmányoztak, eltérő típusú és súlyosságú problémákat vizsgálva. Összesen 482 825 sejt kapcsán tanulmányozták, hogyan reagálnak a sérülésekre az idő múlásával.

A gerincvelő az agyhoz hasonlóan érzékeny szövetekből áll, amelyeket fizikai akadályok választanak el az immunrendszertől, megakadályozva az immunsejtek bejutását. Amikor azonban a gerincvelő megsérül, a testi immunsejtjek beszivárognak a sérülés helyére, és gyulladásos választ indítanak be. Ez ugyan óvja a sérülést a fertőzésektől, de lassíthatja a gyógyulást, és súlyosbíthatja az elváltozásokat. A kutatók kimutatták, hogy ez az immunrendszeri behatolás a sérülést követő 7–14 napban tetőzik.

Azt is megállapították, hogy a sérülés azonnal károsítja a vér–gerincvelő-gátat és az arachnoidális gátat – a gerincvelőt borító védőhártyát – alkotó sejtek működését. A gátak működési zavarával összefüggő gének a sérülést követő első négy napban egyre inkább aktiválódtak, de kifejeződésük a hetedik napon csökkenni kezdett.

A kutatók fiatal és idős egerek sérülésre adott sejtválaszait is összehasonlították. Amikor a gerincvelő megsérül, az asztrocitáknak nevezett specializált sejtek vékony határt képeznek a sérülés körül, és lezárják azt, hogy megvédjék a szomszédos szöveteket. Ezek a védőgátak döntő szerepet játszanak a sebgyógyulásban és a regenerációban. A vizsgálat során megállapították, hogy az asztrociták az idős állatokban elvesztették a sérülésre való reagálásra és a sérülések körüli védőgátak kialakítására való képességüket.

„A szövettani felvételeket nézve szabad szemmel is látható volt, hogy ezek a gátak nagyon robusztusan alakulnak ki a fiatal állatokban, míg az idős egerekben teljesen diszfunkcionálisak” – mondja Anderson. Ennek következtében az idősebb egereknél jelentősebbek voltak az elváltozások, kiterjedtebbek a neuronveszteségek, és az immunsejtek nagyobb mértékben áramoltak be. Ez pedig csökkentette a felépülés mértékét és funkcionális károsodáshoz, illetve bénuláshoz vezetett.

A kutatók az atlaszból származó felismeréseket felhasználva génterápiát terveztek az idősebb egerek gerincvelői sérülés utáni gyógyulásának elősegítésére. Egy vírusvektor segítségével három növekedési faktor kifejezésére programozott géneket juttattak a gerincvelő sejtjeibe. Ezek a fehérjék képesek fokozni az asztrociták és a vér–gerincvelő-gátat képező sejtek működését.

Ha a kezelést két nappal a sérülés előtt beadták az idős egerek gerincvelőjébe, az növelte a határképző asztrociták számát, csökkentette a káros immunsejti beszivárgást, és segített helyreállítani a vér–gerincvelő-gát épségét. Ennek eredményeképpen a kezelt egereknél kisebbek és jobban elhatároltak voltak gerincvelő-sérülések, és az állatok ugyanúgy visszanyerték mozgásképességüket, mint a hasonló sérüléseket elszenvedett fiatal egerek.

A kutatók szerint a vizsgálat génterápiás része elvi bizonyítékot szolgáltat a koncepció működésére, ugyanakkor figyelmeztetnek, hogy további munkára lesz szükség ahhoz, hogy ez a megközelítést a hasonló sérülésekkel élő emberek javára lehessen fordítani. Az egyik fő kihívás a génterápia időtartamának meghatározása lehet. „Nem feltétlenül lenne jó krónikusan stimulálni ezt a fajta asztrocitaválaszt” – mondja Timothy O'Shea, a Bostoni Egyetem orvosmérnöke, hozzátéve, hogy az ilyen kezelések időzítésének meghatározása szintén alapvető fontosságú lesz.