Urazy głowy mogą obudzić uśpione wirusy w mózgu i prowadzić do rozwoju chorób neurodegeneracyjnych

Poważny uraz głowy może wpłynąć na układ odpornościowy i aktywować uśpione w mózgu wirusy, potencjalnie prowadząc do rozwoju różnych chorób neurodegeneracyjnych, jak choroba Alzheimera. Naukowcy sugerują, iż stosowanie leków przeciwwirusowych może zapobiegać tym skutkom.

W swoich pracach naukowcy z Tufts University i Oxford University wykorzystali organoidy ludzkiego mózgu, czyli hodowane w laboratorium malutkie wersje mózgu. Wykazali, iż już „zatrzymana” przez układ odpornościowy infekcja wirusem opryszczki pospolitej 1 (HSV-1) może aktywować się po silnym urazie głowy, co może wiązać się z wyższym ryzykiem rozwoju demencji.

Wyniki oraz opis badań ukazał się na łamach pisma „Science Signaling” (DOI: 10.1126/scisignal.ado6430).

Organoidy

Organoidy to taki mini wersje różnych narządów, które zachowują najważniejsze cechy anatomiczne pełnowymiarowych organów. Takie trójwymiarowe modele są nieocenioną pomocą w badaniach, w których użycie żywych mózgów czy nerek jest niemożliwe lub nieetyczne. Uczeni w ten sposób uzyskują żywy narząd do testowania różnych koncepcji. Chodzi tu chociażby o testowanie reakcji na leki lub obserwowanie rozwoju w niesprzyjających warunkach. Badania na organoidach dają naukowcom szansę dogłębnego poznania narządów i zrozumienia przyczyn wielu chorób.

Organoid mózgu to trójwymiarowy model ludzkiego mózgu wyhodowany w laboratorium z komórek macierzystych. Te miniaturowe mózgi są wielkości ziarnka grochu lub mniejsze i zawierają różne rodzaje komórek mózgowych zorganizowanych w strukturę, która naśladuje rozwijający się mózg. Chociaż nie mają pełnej złożoności dorosłego ludzkiego mózgu, mogą rozwijać podstawowe obwody neuronowe i wykazywać spontaniczną aktywność elektryczną. Naukowcy wykorzystują takie organoidy do badania rozwoju ludzkiego mózgu i zaburzeń neurologicznych, ale nie tylko.

W niedawnych badaniach wykorzystali je do wykazania, iż urazy głowy zwiększają ryzyko demencji, a im więcej uderzeń ktoś otrzymał, tym większe staje się ryzyko.

Zagrożenia związane ze sportem

Powtarzające się urazy głowy, a choćby wstrząsy mózgu są powszechne w niektórych sportach, jak chociażby w boksie czy w piłce nożnej. To nieunikniona część zawodów sportowych, która niestety niesie ze sobą poważne zagrożenia dla zdrowia. Naukowcy już wcześniej powiązali urazy głowy z chorobami neurodegeneracyjnymi, takimi jak przewlekła encefalopatia pourazowa, choroba Alzheimera czy choroba Parkinsona, co skłoniło organizacje sportowe do aktualizacji sprzętu ochronnego i modyfikacji niektórych zasad w celu zmniejszenia zagrożeń.

W nowych pracach uczeni odkryli powiązania między urazami głowy a pojawieniem się choroby neurodegeneracyjnej, wskazując na ukryte wirusy czające się w większości naszych mózgów, które mogą zostać aktywowane przez wstrząs, prowadząc do stanu zapalnego i kumulujących się uszkodzeń mogących wystąpić w ciągu kolejnych miesięcy i lat.

Uśpione wirusy

W naszych organizmach znajdują się różne wirusy. Niektóre z nich mogą być potencjalnie szkodliwe, ale po prostu pozostają uśpione w naszych komórkach. Na przykład taki wirus opryszczki pospolitej 1 (HSV-1) należący do rodziny herpeswirusów występuje u ponad 80 proc. ludzi, a wirus ospy wietrznej i półpaśca u 95 proc. ludzi. Wirusy te są znane z tego, iż przedostają się do mózgu i mogą pozostawać uśpione w naszych neuronach i komórkach glejowych przez lata.

We wcześniejszych badaniach inny zespół naukowców wykazał, iż aktywacja HSV-1 ze stanu uśpienia wyzwala charakterystyczne objawy podobne do choroby Alzheimera w laboratoryjnych modelach tkanki mózgowej. Pojawiały się blaszki amyloidowe, stany zapalne, następowała utrata neuronów, a sieci neuronowe miały zmniejszoną funkcjonalność.

– W tym badaniu inny wirus – ospy wietrznej – stworzył stany zapalne, które aktywowały HSV-1- powiedziała Dana Cairns z Tufts University. – Pomyśleliśmy, co by się stało, gdybyśmy poddali model tkanki mózgowej fizycznemu uszkodzeniu, czemuś podobnemu do wstrząsu mózgu? Czy HSV-1 obudziłby się i rozpoczął proces neurodegeneracji? – wyjaśniła.

Odpowiedź wydaje się być twierdząca. Chociaż organoidy mózgów nie są idealnymi reprezentacjami prawdziwego mózgu, są dobrymi modelami tego, jak tkanka mózgowa może reagować na powtarzające się uderzenia w głowę.

Urazy głowy, aktywacja wirusów i demencja

Powiązanie między HSV-1 a chorobą Alzheimera zostało po raz pierwszy zasugerowane przez współautorkę badań Ruth Itzhaki z Oxford University. Badaczka ponad 30 lat temu zidentyfikowała wirusa w dużej części mózgów osób starszych, które zmarły na chorobę Alzheimera. Potem wraz ze swoim zespołem odkryła, iż osoby, które są nosicielami zarówno wirusa HSV 1, jak i ApoE4 – wariantu genetycznego, który zwiększa ryzyko zachorowania na Alzheimera – mają wyższe ryzyko zachorowania na tę chorobę niż osoby z samym ApoE4. Jej późniejsze prace sugerowały też, iż wirus może zostać reaktywowany w mózgu ze stanu utajonego przez zdarzenia takie jak stres lub immunosupresja, co ostatecznie prowadzi do uszkodzenia neuronów.

W nowych badaniach naukowcy wykorzystali organoidy ludzkiego mózgu, aby lepiej zrozumieć, w jaki sposób wstrząsy czy urazy mózgu mogą wywołać reaktywację wirusa i prowadzić do rozwoju chorób neurodegeneracujnych. Najpierw badacze zamknęli miniaturowe modele mózgu w cylindrach wypełnionych płynem, podobnym do płynu, który amortyzuje mózg wewnątrz czaszki i potrząsali nimi, imitując wstrząs mózgu. Niektóre modele miały uśpionego wirusa HSV-1, a inne były od niego wolne. Następnie uczeni zbadali organoidy.

Okazało się, iż organoidy zawierające wirusa wykazywały jego reaktywację. Pojawiły się w nich charakterystyczne markery choroby Alzheimera, w tym blaszki beta-amyloidu, białka tau, stan zapalny, obumierające neurony i proliferacja komórek glejowych zwana glejozą. Częstsze czy też silniejsze potrząsanie cylindrami z organoidami powodowało te same reakcje, tylko było one znacznie poważniejsze. Tymczasem organoidy bez HSV-1 wykazywały glejozę, ale nie pojawiły się żadne inne markery choroby Alzheimera.

Wyniki badań pokazują, iż sportowcy doznający urazów głowy czy wstrząsów mózgu mogą być narażeni na reaktywację utajonych infekcji w mózgu, które mogą potencjalnie prowadzić do choroby Alzheimera. Ale problem dotyczy nie tylko sportowców. Poważne urazy głowy i uszkodzenia mózgu są jedną z najczęstszych przyczyn niepełnosprawności i śmierci u dorosłych. Tego typu urazy przydarzają się każdego roku około 69 milionom ludzi na całym świecie.

Autorzy badań sugerują, iż leki przeciwwirusowe lub przeciwzapalne mogą być przydatne jako wczesne leczenie zapobiegawcze po urazie głowy, aby zatrzymać aktywację HSV-1 i zmniejszyć ryzyko rozwoju choroby Alzheimera.

Źródło: Tufts University, Live Science, Science Alert, fot. Pixabay/ CC0