W 1893 roku włoski neurobiolog Camillo Golgi – znany z odkrycia organellum nazywanego do dziś aparatem Golgiego – zidentyfikował nieznane dotąd struktury macierzy pozakomórkowej obecne w ośrodkowym układzie nerwowym. Ta struktura, oplatająca niektóre neurony, nazywana jest obecnie siecią okołoneuronalną (ang. perineuronal nets, PNN). Golgi uznał, że pełni ona funkcję swoistego “gorsetu”, który utrudnia przekazywanie impulsów nerwowych, a tym samym – komunikację między neuronami. Dokładna rola PNN wciąż jednak pozostawała nieznana.
Od odkrycia sieci okołoneuronalnej minęło 125 lat. Badacze z ośrodków naukowych w stanie Virginia w USA prowadzili badania nad epilepsją rozwijająca się na skutek śmiertelnego nowotworu mózgu – glejaka. Jest to rak ośrodkowego układu nerwowego, wywodzący się z komórek glejowych. Jego wzrost, jako jedynego z tego typu chorób, jest ograniczony ze względu na miejsce jego występowania – kości czaszki uniemożliwiają mu swobodne zwiększanie rozmiarów. Dlatego też wytwarza on znaczne ilości glutaminianu.
Glutaminian jest neuroprzekaźnikiem pobudzającym. W normalnych warunkach jest niezbędny do prawidłowego przebiegu wielu procesów, np. związanych z przyswajaniem informacji. Jednak w nadmiarze prowadzi do tzw. ekscytotoksyczności, czyli nadmiernego pobudzenia neuronów, które skutkuje ich obumieraniem. Napady padaczkowe, wynikające właśnie z nadmiernego pobudzenia komórek nerwowych, często stanowią pierwsze objawy glejaka. Pobudzenie ośrodkowego układu nerwowego jest kontrolowane przez główny neuroprzekaźnik hamujący, GABA. Między nim a glutaminianem występuje dynamiczna równowaga, warunkująca prawidłowe funkcjonowanie neuronów.
Badacze zaobserwowali, że komórki glejaka wydzielają do przestrzeni zewnątrzkomórkowej enzymy, które niszczą jej struktury utrzymujące komórki na miejscu. Jest to związane z faktem, iż nowotwór ten wykazuje niekiedy znaczny stopień złośliwości i tworzy przerzuty. Zaskoczeniem jednak był fakt, iż część z tych enzymów atakowała sieci okołoneuronalne.
“Zaczęliśmy od badania epilepsji związanej z nowotworami i przez przypadek dowiedzieliśmy się innej ważnej rzeczy na temat funkcjonowania mózgu w chorobie i w zdrowiu – mówi Harald Sontheimer, współautor badania. – Niespodziewanie zobaczyliśmy także enzym atakujący sieci okołoneuronalne. Byłem zaskoczony, widząc aktywność napadów, kiedy neurony zostały pozbawione tej sieci.”
Badacze zauważyli, że PNN często otacza neurony GABA-ergiczne. Komórki, którym towarzyszy, mają zmniejszoną pojemność membranową, czyli zdolność do gromadzenia ładunku elektrycznego. Sprawia to, że mogą wywołać impuls nerwowy nawet dwukrotnie szybciej niż te, które nie są związane z siecią. Enzymy pochodzące z glejaka są w stanie zniszczyć PNN w niespełna 30 minut. Okazało się to wystarczające do wywołania napadów padaczkowych nawet wówczas, gdy neurony pozostały nieuszkodzone.
“Bez sieci okołoneuronalnych neurony hamujące będą działały zbyt wolno, a zatem hamowanie stanie się zbyt słabe, zbyt późne i drgawki wystąpią nawet w zdrowych mózgach – mówi Sontheimer. – Nikt nie sądził, że te struktury będą miały tak istotny wpływ na przebieg normalnych procesów.”
Według Światowej Organizacji Zdrowia (WHO) ponad 50 mln osób na świecie cierpi z powodu epilepsji, przy czym co trzecia z nich nie reaguje na dostępne obecnie metody leczenia. Naukowcy zamierzają prowadzić dalsze badania, aby ocenić znaczenie sieci okołoneuronalnych w innych postaciach tej choroby, nie związanych z nowotworami, lecz wynikających z urazów głowy lub infekcji mózgu.
