Двигательную активность часто называют средством улучшения физического и психического здоровья. Исследователи из Института передовых наук и технологий Бекмана изучили, как химические сигналы, выделяемые сокращающимися мышцами, способствуют развитию нейронов головного мозга. Исследование опубликовано в журнале Neuroscience.
Нейроны гиппокампа (желтые), окруженные астроцитами (зеленые) в культуре исследованных клеток. Credit: Ki Yun Lee et al / Neuroscience 2023
Во время физической активности происходят мышечные сокращения, в результате в кровоток выделяются химические соединения. Эти соединения могут перемещаться в различные части тела, включая мозг. Исследователей заинтересовало, как физические упражнения могут принести пользу такой важной для производства воспоминаний области мозга, как гиппокамп. Понимание благотворного влияния физических упражнений на гиппокамп может привести к разработке методов, основанных на физических упражнениях, для лечения различных состояний, включая болезнь Альцгеймера.
Для выделения химических веществ сокращающихся мышц и их тестирования на нейронах гиппокампа исследователи собрали небольшие образцы мышечных клеток мышей и вырастили их в чашках Петри в лаборатории. Когда мышечные клетки созрели, они начали сокращаться автоматически, выпуская химические сигналы в клеточную культуру. Исследовательская группа добавила среду, содержащую химические сигналы от мышечных клеток, к нейронам гиппокампа и другим клеткам — астроцитам.
Используя иммунофлуоресцентную и кальциевую визуализации для отслеживания роста клеток, а также многоэлектродные матрицы – для регистрации электрической активности нейронов, ученые исследовали влияние химических сигналов на клетки гиппокампа.
Результаты оказались впечатляющими. Воздействие химических сигналов от сокращающихся мышечных клеток заставило нейроны гиппокампа генерировать более крупные и частые электрические импульсы, что можно считать признаком роста и здоровья клеток.
Чтобы выяснить, как химические стимулы приводят к росту и развитию нейронов гиппокампа, исследовательская группа сосредоточилась на роли астроцитов в посредничестве между физическими упражнениями и улучшением здоровья мозга. Авторы обнаружили, что удаление астроцитов из клеточных культур заставляло нейроны подавать еще больше электрических сигналов, что могло провести к невозможности регулировать работу клеток гиппокампа.
«Астроциты играют решающую роль в опосредовании эффектов физических упражнений. Регулируя нейронную активность и предотвращая гипервозбудимость нейронов, астроциты способствуют балансу, необходимому для оптимальной работы мозга», — отметили исследователи.
Понимание химического взаимосвязи между сокращениями мышц и регуляцией нейронов гиппокампа – это только первый шаг к осознанию того, как физические упражнения помогают улучшить здоровье мозга. Авторы считают, что, в конечном счете, это исследование может способствовать разработке более эффективных методов физических упражнений при когнитивных расстройствах.
Текст: Сергей Глебов
Astrocyte-mediated Transduction of Muscle Fiber Contractions Synchronizes Hippocampal by Ki Yun Lee et al in Neuroscience. Published April 2023.
