Nowe szlaki neuronalne w kontroli oddychania – perspektywy terapii u pacjentów z uszkodzeniem rdzenia

Obecnie w samych Stanach Zjednoczonych około 300 000 osób żyje z uszkodzeniem rdzenia kręgowego, a powikłania oddechowe stanowią najczęstszą przyczynę chorób i zgonów – wynika z danych Christopher & Dana Reeve Foundation.

Nowe badania przeprowadzone przez naukowców z Case Western Reserve University School of Medicine wskazują, że określona grupa komórek nerwowych w mózgu i rdzeniu kręgowym – interneurony – może wspierać proces oddychania w sytuacjach fizjologicznego stresu, takich jak wysiłek czy warunki środowiskowe związane z dużą wysokością.

Badacze uważają, że to odkrycie może stać się podstawą do opracowania terapii dla pacjentów z urazami rdzenia kręgowego, którzy mają trudności z samodzielnym oddychaniem. Wyniki pracy opublikowano w czasopiśmie Cell Reports.

„Wiemy, że pień mózgu nadaje rytm oddychaniu, ale dotąd niejasne były dokładne szlaki zwiększające aktywność motoneuronów oddechowych – aż do teraz” – podkreśliła Polyxeni Philippidou, profesor nadzwyczajna w Katedrze Nauk Neurologicznych Case Western Reserve University School of Medicine i główna autorka badania.

W projekcie uczestniczyli także naukowcy z University of St. Andrews w Wielkiej Brytanii, University of Calgary w Kanadzie oraz Biomedical Research Foundation Academy of Athens w Grecji.

Mechanizm działania interneuronów

Zidentyfikowanie podgrupy interneuronów jako potencjalnego punktu uchwytu terapeutycznego w urazach rdzenia kręgowego i chorobach oddechowych otwiera nowe perspektywy dla klinicystów. Zespół wykazał, że blokowanie sygnałów z tych komórek utrudniało prawidłowe oddychanie w warunkach hiperkapnii, czyli nadmiaru dwutlenku węgla we krwi.

CO₂ powstaje w procesach metabolicznych i jest transportowany przez erytrocyty do płuc, gdzie zostaje wydalony z organizmu. Jeśli mechanizm eliminacji zawiedzie, dochodzi do gromadzenia się CO₂ we krwi, co zaburza oddychanie i może prowadzić do niewydolności oddechowej.

„Komórki rdzenia kręgowego są kluczowe w dostosowywaniu oddychania do zmian fizjologicznych, takich jak podwyższony poziom CO₂” – tłumaczy Philippidou.

Badanie przeprowadzono na myszach transgenicznych, co pozwoliło na dokładne mapowanie połączeń neuronalnych, pomiary aktywności elektrycznej, obserwację zachowań i zastosowanie mikroskopii w wizualizacji struktury i funkcji neuronów. „Zdefiniowaliśmy tożsamość genetyczną, wzorce aktywności i rolę wyspecjalizowanej podgrupy neuronów rdzenia kręgowego zaangażowanych w kontrolę oddychania” – dodała badaczka.

Potencjalne zastosowania kliniczne

Obecnie zespół bada, czy celowanie w te neurony może wspierać funkcje oddechowe również w chorobach neurodegeneracyjnych, takich jak stwardnienie zanikowe boczne (ALS) czy choroba Alzheimera.

CWRU

Katedra Nauk Neurologicznych Case Western Reserve University prowadzi badania nad obwodami ruchowymi i urazami rdzenia kręgowego od ponad 30 lat. Pionierem tych prac był nieżyjący już Jerry Silver, wieloletni członek międzynarodowych gremiów naukowych i laureat medalu Christopher Reeve-Joan Irvine Research Medal za kluczowe osiągnięcia w badaniach nad regeneracją rdzenia.

Znaczący wkład miała także zmarła w 2024 roku Lynn Landmesser, była dziekan wydziału, która odegrała fundamentalną rolę w badaniach nad rozwojem obwodów ruchowych i współtworzyła Cleveland Brain Health Initiative. Była również członkiem National Academy of Sciences.

Źródło: Cell Reports, A cholinergic spinal pathway for the adaptive control of breathing
DOI: https://doi.org/10.1016/j.celrep.2025.116078