Ieškoti

Mokslas prie kavos puodelios

Neplauk man smegenų, Glija!: pokalbis su dr. Laura Bojarskaite


Aš esu toks žmogus, kuriam nepatinka miegoti. Jei man kas nors galėtų duoti piliulę, leidžiančią nemiegoti ir galėti jaustis gerai, aš ją paimčiau. Paprasčiausiai, man yra liūdna pagalvojus, kad trečdalį savo gyvenimo praleisiu miegodamas. Ak, kiek galėčiau nuveikti, jei nemiegočiau… Išmokti naują kalbą, ištobulinti “paplūdimio” kūno proporcijas (pilvo presą ir visa kita...), tapti mašininio mokymosi (angl. “Machine learning”) genijumi… Visada galvojau, kad tas laikas miegant yra paprasčiausiai išmestas į šiukšlių dėžę. Tuomet susipažinau su dr. Laura Bojarskaite!


Drįsčiau dr. Bojarskaitę vadinti kylančia Lietuvos neuromokslų žvaigžde. 2020 m. liepos 6 d. prestižinis mokslo žurnalas “Nature Communications” išleido jos kaip pirmojo autoriaus (tai reiškia, kad jos indėlis yra didžiausias) straipsnį pavadinimu “Astrocytic Ca2+ signaling is reduced during sleep and is involved in the regulation of slow wave sleep“. Jos straipsnyje aprašomas tirtas astrocitų aktyvumas skirtingo miego ciklų metu ir galima jų miego reguliavimo funkcija. Kai pirmą kartą ją sutikau, ji man pasakė, kad net ir miegodami mes esame “produktyvūs”. Mes juk valome savo smegenis! Kadangi dr. Laura taip pat yra Integruotųjų neuromokslų asociacijos narė, nusprendžiau ją pakalbinti šia tema: kas ir kaip valo mūsų smegenis ir kodėl smegenų valymas apskritai yra svarbus?


Kuo glijos ląstelės yra ypatingos ir kodėl jos domina jūsų tyrimų grupę Oslo universitete?


Dr. Laura Bojarskaitė: Glijos ląstelių yra įvairių. Jų apstu ir centrinėje nervų sistemoje (CNS), ir periferinėje nervų sistemoje. Žinoma, CNS mes turime mano mylimiausius astrocitus, bet taip pat ir mikroglijas, oligodendrocitus, ependimos ląsteles. Periferinėje dar ten visokių yra… aš save tai galėčiau vadinti gal tik tų astrocitų “eksperte”, nes nei oligodendrocitų nei mikroglijų niekada labai giliai nestudijavau.


Apskritai, tos glijos ląstelės yra “fainos”, įdomios ir mistiškos, nes jos kalbasi kiek kitokia “kalba” nei neuronai. Jos nešaudo elektrinių impulsų, tai labai ilgai niekas jų vargšių ir negirdėjo bei galvojo, kad jos nieko įdomaus ten nedaro. Visi galvodavo, kad viską reguliuoja ir impulsus siuntinėja tie neuronai - “roko žvaigždės”. Visi ir mąstė, kad tik neuronai yra mūsų minčių, elgsenos pagrindas. Žingsnis po žingsnio mokslininkai iššifravo, kad glijos ląstelės taip pat “protingos” ir geba kalbėti, naudodamos kalcio signalus.


Mokslininkai suprato, kad glijos gali ir tuos neuronus pagarsinti ar patylinti, ir “pareguliuoti”, kad jie siųstų/nesiųstų impulsus. O po kiek laiko pastebėjo, kad jos ganėtinai aktyvios mūsų smegenyse. Taip ir atsirado susidomėjimas jomis.


Pagrindinis mano tyrimų grupės objektas yra astrocitai. Labai neseniai buvo sukurti itin patogūs įrankiai studijuoti astrocitų veiklą. Pavyzdžiui, visokie genetiniai įrankiai, gebėjimas vizualizuoti kalcio jonų judėjimą gyvose pelėse ir pan. Naudodama šiuos įrankius, mano tyrimų grupė siekia suprasti, ką tie astrocitai smegenyse veikia.


Tai kaip tos smegenys save “valo”? Kiek domėjausi prieš šį interviu, mokslininkai išskiria limfatinę ir glimfatinę sistemas kaip mūsų kūną valančias sistemas. Kaip tos sistemos susijusios?


Dr. Laura Bojarskaitė: Šį atsakymą reikėtų pradėti paaiškinant, kodėl mums apskritai reikia valyti savo smegenis. Visos mūsų smegenų ląstelės valgo ląstelių maistą (deguonį ir gliukozę), atlieka savo ląstelių procesus ir taip pagamina liekanų, šiukšlių. Čia panašu į tai, kaip mums valgant bananą lieka žievė. Įvairių liekanų kaupimasis gali tapti mums žalingas. Šitas šiukšlių kaupimasis yra natūralus procesas, ir jas reikia kažkaip pašalinti.


Pašalinti šiukšlėms reikia organų sistemos. Visame mūsų kūne veikia limfinė sistema - ten visokios blužnys, limfa ir panašiai... Smegenyse limfinės sistemos organų, deja, nėra. Natūraliai kyla klausimas - kaip mes valome smegenis? Atsakymas ganėtinai netikėtas - mūsų valytojai yra astrocitai, kurie savo ataugėlėmis yra apsiviję smegenų kraujagysles.


Astrocitai turi tokias mažas šakotas ataugėles, kurios apkabina neuronų sinapses (vietas, kur neuronai jungiasi) ir jie ten gali paleisti medžiagas, kurios keičia neuronų aktyvumą. Taip pat astrocitai turi kitas ataugėles, vadinamas “end-foot”. “End-foot” tai tokios kojelės, kuriomis jie yra apsikabinę visas mūsų kraujagysles smegenyse. Pavyzdžiui, galima įsivaizduoti, kad smegenų kraujagyslė yra mūsų ranka, o astrocitai kaip rankovė apsivijusi ją. Jie formuoja tunelius (žr. 6:00 Video - rodo į rankovės vidų). Šiuose tuneliuose teka toks specialus smegenų skystis, vadinamas cerebrospinaliniu skysčiu, kuris tarytum košia smegenis ir, surinkęs visas biologines šiukšles aplinkui smegenų ląsteles, išteka šiose astrocitų rankovėse/tuneliuose šalia kraujagyslių, ir taip pašalina surinktas biologines šiukšles. Būtent tose ataugėlėse “end-foot” astrocitai turi didžiulį vandens kanalų (angl. “Aquaporins”) tankį. Tai jau turi reikšti, kad jie transportuoja vandeniu.


Mūsų tyrimų grupės eksperimentai rodo, kad jei pašalini vandens kanalus iš astrocitų kojelių, tuomet peles ištinka edema - gausus vandens kaupimasis smegenyse. Tai parodo esminę funkciją, kurią atlieka astrocitų vandens kanalai. Būtent pastarosios astrocitų ataugėlės “end-feet”, kurios apsiveja kraujagysles, ir šie vandens kanalai ir yra glimfatinės mūsų smegenų valymo sistemos pagrindas.



Iliustracija 2: Smegenys neturi limfinės sistemos, bet turi glimfatinę sistemą (Dr. Lauros Bojarskaitės asmeninis archyvas)

Dažnai mėgstu mokslininkų paprašyti, kad jie labai supaprastintai (angl. oversimplify) apibūdintų savo projektus - ką būtent jūs darote su smegenų plovimu?


Dr. Laura Bojarskaitė: Aš aiškinuosi, kodėl smegenų plovimas vyksta miego metu.


O pateikdama šiek tiek ilgesnį atsakymą sakyčiau, kad aš bandau atsakyti, kodėl smegenų plovimas yra aktyvesnis miego metu, ir suprasti mechanizmus, kuriais šis procesas yra pagrįstas.


Kol kas pradiniai mano tyrimai rodo, kad lėtojo miego metu kraujagyslės mūsų smegenyse periodiškai susitraukinėja ir išsiplėtinėja, o greitojo miego metu labai stipriai išsiplečia. Taip pat juda ir astrocitų tuneliai, mūsų minėtieji smegenų valymo kanalai, kuriais teka smegenis valantis skystis. Smegenų valymo tuneliams keičiant dydį, juose esantis smegenų valymo skystis irgi juda.Taigi dabartinė mano hipotezė yra tai, jog smegenų plovimo principas miego metu yra panašus į skalbimo mašinos veikimą. Lėto miego metu astrocitų tuneliai susitraukinėja ir išsiplėtinėja. Tai yra tarsi purvinų drabužių vartymas skalbimo pradžioje. Vėliau greito miego metu tuneliai labai susiaurėja (nes kraujagyslės išsiplečia bei tunelius suspaudžia) ir smegenų “šiukšlės” yra “išstumiamos” iš smegenų. Skalbimo mašinos metaforos atitikmuo būtų purvino vandens pašalinimas į kanalizaciją.Tačiau kol kas šie duomenys dar nepublikuoti, šiuo metu darau daug įvairių kontrolinių eksperimentų, skirtų išsiaiškinti, ar taip iš tikrųjų yra.



1 iliustracija: Astrocitas ir smegenų kraujagyslė

Pabaigai norėčiau paklausti klausimo, nesusijusio su glijos ląstelėmis. Mano sesutė dabar yra septintokė ir ją labai domina biologija. Gal turite kokių nors patarimų mergaitėms, svajojančioms apie mokslininkės karjerą?


Dr. Laura Bojarskaitė: Tiesą sakant, tai aš neišskirčiau nei mergaitės mokslininkės, nei berniuko mokslininko… Jeigu įdomu, tai reikia toliau eiti ir domėtis, nes, mano nuomone, biologijos mokslas yra viena iš įdomiausių sričių. Gal tik sakyčiau, kad reikia nebijoti klausti… Visą laiką reikia klausti, kas tik ateina į galvą, nes nėra tokio dalyko kaip kvaili klausimai!


INA vardu parengė Matas Vitkauskas



Apie tai, kaip mokslininkai tyrė glimfatines smegenų valymo sistemas triušiuose 60-aisiais (12:04), kodėl mes evoliuciškai išsivystėme miego funkciją (15:00) ir pelių neurochirurgijos stebuklus Oslo universitete (22:36) pirmąjame INA interviu: https://www.youtube.com/watch?v=LT-PascpGeE&ab_channel=MatasVitkauskas



Iliustracijų šaltiniai:


1 iliustracija: https://www.sciencephoto.com/media/1047799/view/astrocyte-and-blood-vessel-illustration

Iliustracija 2: Dr. Lauros Bojarskaitės asmeninis archyvas

Viršelio iliustracija: https://dmtquest.org/the-mechanics-of-brainwashing/