Articles

Mechaniczne znaczenie mielinizacji w ośrodkowym układzie nerwowym

Neurony w ośrodkowym układzie nerwowym są otoczone i usieciowane przez mielinę, tłustą białą substancję, która owija się wokół aksonów, tworząc elektrycznie izolującą warstwę. Elektryczna funkcja mieliny jest powszechnie znana, jednak jej znaczenie mechaniczne pozostaje niedocenione. Tutaj połączyliśmy testy nanoindentacji i barwienia histologicznego, aby skorelować sztywność mózgu ze stopniem mielinizacji w niedojrzałych, prenatalnych mózgach i dojrzałych, postnatalnych mózgach. Stwierdziliśmy, że zarówno tkanka istoty szarej jak i białej uległa znacznemu usztywnieniu (p≪0,001) podczas dojrzewania: sztywność istoty szarej podwoiła się z 0,31±0,20kPa przed urodzeniem do 0,68±0,20kPa po urodzeniu; sztywność istoty białej potroiła się z 0,45±0,18kPa przed urodzeniem do 1,33±0,64kPa po urodzeniu. W tym samym czasie zawartość mieliny w istocie białej wzrosła istotnie (p≪0,001) z 58±2% do 74±9%. Sztywność istoty białej i zawartość mieliny były skorelowane współczynnikiem korelacji Pearsona wynoszącym ρ=0,92 (p≪0,001). Nasze badania sugerują, że mielina jest nie tylko ważna dla zapewnienia płynnej propagacji sygnału elektrycznego w neuronach, ale także dla ochrony neuronów przed siłami fizycznymi i zapewnienia silnej sieci mikrostrukturalnej, która usztywnia tkankę istoty białej jako całość. Nasze wyniki sugerują, że sztywność tkanki mózgowej może służyć jako biomarker dla stwardnienia rozsianego i innych form zaburzeń demielinizacyjnych. Zrozumienie, w jaki sposób dojrzewanie tkanki przekłada się na zmiany właściwości mechanicznych i poznanie dokładnej sztywności mózgu na różnych etapach życia ma ważne implikacje medyczne w rozwoju, starzeniu się i neurodegeneracji.