العلماء يفضحون اعتقادًا عمره 100 عام حول خلايا الدماغ، ويعيدون كتابة الكتب المدرسية

تشير أدلة جديدة إلى أن المحاور قد لا تكون أنابيب موحدة، ولكنها هياكل ديناميكية تشبه اللؤلؤ.

طب جونز هوبكنز يقول الباحثون إن واحدة من أكثر الصور المألوفة في كتب علم الأحياء قد تكون خاطئة، مما يتحدى وجهة نظر بنية الخلايا العصبية التي استمرت لأكثر من قرن من الزمان.

المحاور، وهي الامتدادات الطويلة التي تستخدمها الخلايا العصبية لإرسال الإشارات، قد لا تكون أسلاكًا ناعمة تشبه الأنبوب على أية حال. وفي خلايا دماغ الفأر، وفي أعمال المتابعة التي تشمل الديدان والخلايا العصبية القشرية البشرية، وجد الفريق أن العديد من المحاور العصبية تشبه خيوط اللؤلؤ.

تم نشر الاكتشاف الأصلي في علم الأعصاب الطبيعي في عام 2024، مع الإبلاغ عن نتائج إضافية في مجلة البيوفيزيائية في عام 2025 تظهر هياكل مماثلة على شكل لآلئ على سلسلة في التهاب الربداء الرشيقة الخلايا العصبية الحركية، والخلايا العصبية الحصينية في الفأر، والخلايا العصبية القشرية البشرية.

يقول شيجيكي واتانابي، دكتوراه، أستاذ مشارك في بيولوجيا الخلية وعلم الأعصاب في كلية الطب بجامعة جونز هوبكنز: “إن فهم بنية المحاور أمر مهم لفهم إشارات خلايا الدماغ”. “المحاور العصبية هي الكابلات التي تربط أنسجة المخ لدينا، مما يتيح التعلم والذاكرة وغيرها من الوظائف.”

لطالما ارتبط التورم الشبيه بالخرز في المحاور العصبية بالإصابة أو المرض، بما في ذلك مرض باركنسون وغيره من حالات التنكس العصبي. ومع ذلك، تظهر هذه الدراسات أن التورمات المتكررة يمكن أن تظهر أيضًا في محاور عصبية طبيعية، على الأقل في أنواع الخلايا العصبية التي تم فحصها.

تقليديا، توصف المحاور بأنها أسطوانات ضيقة ذات قطر موحد إلى حد ما، لا تتخللها سوى انتفاخات عرضية تسمى الدوالي المشبكية التي تخزن الناقلات العصبية. في المقابل، يتكون النمط الذي تم تحديده حديثًا من تورمات متباعدة بشكل منتظم وغير مرتبطة بالمشابك العصبية، والتي يطلق عليها الباحثون “الدوالي غير المشبكية”.

تفاصيل النانو وتقنيات التصوير

هذه الهياكل موجودة على نطاق صغير للغاية. يبلغ عرض المناطق الشبيهة باللؤلؤ حوالي 250 نانومترًا، في حين يبلغ عرض الأجزاء المتصلة الرقيقة حوالي 70 نانومترًا. بالمقارنة، يمكن للمحاور أن تمتد من 100 ملم إلى 1000 ملم (حوالي 4 بوصات إلى 3.3 قدم) في الطول بينما تبقى فقط حوالي 100 نانومتر.

لالتقاط هذه التفاصيل، استخدم الفريق المجهر الإلكتروني المتجمد عالي الضغط، وهي تقنية تحافظ على الهياكل الخلوية بدقة أكبر من طرق التحضير القياسية.

“لترى مقياس النانو يقول واتانابي: “في الهياكل باستخدام المجهر الإلكتروني القياسي، نقوم بإصلاح الأنسجة وتجفيفها، لكن تجميدها يحافظ على شكلها – على غرار تجميد العنب بدلاً من تجفيفه وتحويله إلى زبيب”.

وقام الباحثون بتحليل الخلايا العصبية في الفئران المزروعة في المختبر، وكذلك الخلايا العصبية المأخوذة من الفئران البالغة وأجنة الفئران. وكانت جميعها تفتقر إلى المايلين، وهي الطبقة العازلة التي تحيط بالعديد من المحاور العصبية. ومن خلال عشرات الآلاف من الصور، ظهر نفس النمط المتكرر الذي يشبه الخرزة.

يقول واتانابي: “تتحدى هذه النتائج قرنًا من الفهم حول بنية المحاور العصبية”.

ركزت التفسيرات الأولية على الهيكل الداخلي للمحور العصبي، لكن التجارب التي قادتها جاكلين جريسوولد أظهرت أن تعطيل هذا الإطار لم يلغي المظهر اللؤلؤي. مزيد من التحليل، بما في ذلك النمذجة الرياضية مع بادميني رانجاماني، دكتوراه، أشار بدلا من ذلك إلى الخصائص الفيزيائية لغشاء الخلية.

فيزياء الغشاء ونقل الإشارة

التغييرات في البيئة المحيطة دعمت هذه الفكرة. أدت زيادة تركيز السكر حول المحاور إلى تقلص التورمات، بينما أدت الظروف المخففة إلى تمددها. كما أدى تقليل تصلب الأغشية عن طريق إزالة الكوليسترول إلى تقليل عملية صيد اللؤلؤ، وفي الوقت نفسه، أدى إلى إبطاء نقل الإشارات الكهربائية.

يقول واتانابي: “إن المساحة الأوسع في المحاور تسمح للأيونات (الجزيئات الكيميائية) بالمرور بسرعة أكبر وتجنب الاختناقات المرورية”.

أنتج التحفيز الكهربائي تأثيرات مماثلة، حيث تسبب النشاط عالي التردد في تمدد التورمات بمعدل 8% في الطول و17% في العرض لمدة 30 دقيقة على الأقل، إلى جانب نقل أسرع للإشارة. عندما تمت إزالة الكوليسترول، لم تعد هذه التغييرات الهيكلية والزيادة في سرعة الإشارة تحدث.

أدلة من أنسجة المخ الحية

ذات الصلة 2025 الخلايا العصبية ووسعت الدراسة هذه الملاحظات لتشمل أنسجة المخ الحية من جراحات الصرع. باستخدام المجهر الإلكتروني المنطلق والتجميد، قام الباحثون بتحفيز شرائح دماغ الفئران والبشر وحفظها خلال أجزاء من الثانية، مما يسمح بالتقاط النشاط التشابكي بدقة نانومترية. أظهرت النتائج أن كلاً من المشابك القشرية البشرية والفئران تعيد تدوير الحويصلات التشابكية من خلال الالتقام فائق السرعة، وهي عملية استرجاع غشائية سريعة، وأكدت نفس بنية المحور العصبي اللؤلؤي في الأنسجة البشرية.

وحددت الدراسة أيضًا تجمعات بروتين الدينامين 1xA بالقرب من المناطق النشطة في كليهما صِنف، ودعم آلية مشتركة لوظيفة متشابك سريعة.

مراجع:

“ميكانيكا الأغشية تملي مورفولوجيا ووظيفة اللآلئ المحورية” بقلم جاكلين م. جريسوولد، مايتي بونيلا-كوينتانا، رينيه بيبر، كريستوفر تي. لي، سومانا رايشودوري، سيي ما، كوان غان، سارة سيد، كونتشنغ تشو، ميريام بيل ناجيرل، غراهام نوت، بادميني رانجاماني، شيجيكي واتانابي. 2 ديسمبر 2024, علم الأعصاب الطبيعي.
دوى: 10.1038/s41593-024-01813-1

“BPS2025 – التنظيم الفيزيائي الحيوي لمورفولوجيا المحاور العصبية واللدونة” بقلم شيجيكي واتانابي، جاكلين جريسوولد، مايتي بونيلا كوينتانا، رينيه بيبر، كريستوفر تي لي، 13 فبراير 2025، مجلة البيوفيزيائية.
دوى: 10.1016/j.bpj.2024.11.2324

“ديناميكيات الغشاء الدقيق للوصلات العصبية القشرية للفأر والبشر” بقلم تشيلسي آر إدينجز، ومينغهوا فان، ويوتا إيموتو، وكي إيتو، وزيومارا ماكدونالد، وجينس إيلرز، وويليام س. أندرسون، وبول إف وورلي، وكريستينا ليبمان، وديفيد دبليو ناوين، وشيجيكي واتانابي، 24 نوفمبر 2025، الخلايا العصبية.
دوى: 10.1016/j.neuron.2025.10.030

تم توفير الأموال للبحث من قبل كلية الطب بجامعة جونز هوبكنز، وزمالة ويتمان للمختبر البيولوجي البحري، وجائزة المنح والمكملات التعاونية لمبادرة تشان زوكربيرج، وجائزة الابتكارات العلمية لمؤسسة أبحاث الدماغ، وجائزة مؤسسة هيليس، وجائزة مؤسسة أبحاث الدماغ للابتكارات العلمية. المعاهد الوطنية للصحة (NS111133-01، NS105810-01A11، DA055668-01، 1RF1DA055668-01)، مكتب القوات الجوية للبحث العلمي (FA9550-18-1-0051)، زمالة ألفريد ب. سلون للأبحاث، منحة مؤسسة ماكنايت، جائزة زمالة كلينجنشتاين سيمونز في علم الأعصاب، ومنحة مؤسسة فالي، والمؤسسة الوطنية للعلوم، ومعاهد كافلي في جامعة جونز هوبكنز وجامعة كاليفورنيا في سان دييغو.

لا تفوت أي اختراق: انضم إلى النشرة الإخبارية SciTechDaily.
تابعونا على جوجل و أخبار جوجل.