Жүйке талшықтарының электр өрісіне бағынуы (гальванотропизм) – нейрондар өсуін бағыттау әдісі. Лаборатория жағдайында зерттелген, әзірге тек in vitro қолданылады.
Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Кіріспе
Нейрондық гальванотропизм – бұл клеткадан тыс электр өрісін пайдалану арқылы нейрондық процестердің өсуін бағыттау қабілеті. Бұл техника 1920 жылдардың соңынан бері зерттеледі және жасуша мәдениетінде аксоникалық және дендриттік процестердің қалыптасуын бағыттайтыны көрсетілген. Қазіргі уақытта тек in vitro дайындамаларының өсуін бағыттау мүмкін. In vitro дайындамаларына жасушаға тән нейрондық өсу факторы бар мәдениет табағын пайдалану кіреді. Нейрондар таңдалған жануардан алынып, табаққа жабыстырылады және өсуіне мүмкіндік беріледі (көбінесе инкубацияда сақталады). Клеткадан тыс электр өрісін қолдану, жасушалардың электр өрісі бағытында процестер өсіретінін көрсетеді. Бұл жасушалардың қандай субстратқа жабысқанына байланысты катод немесе анод бағытында болуы мүмкін. Бұл құбылыстың негізгі механизмі электр өрісінің жасуша бетіндегі рецепторлар мен мембраналық ақуыздарға тигізетін әсері деп есептеледі. Бұл зарядталған ақуыздар электр өрісінің қарама-қарсы полюсіне қарай тартатын электрофоретикалық күшті сезінеді. Мембраналық ақуыздардың көпшілігі теріс зарядталған, бірақ байқалатын өсу теріс полюске (катодқа) бағытталған сияқты көрінеді. Бұл тек электроосмотикалық әсерлермен ғана түсіндірілетін ерекше құбылыс. Клетка сыртындағы оң зарядталған иондар катодқа қарай күшті сезінеді. Бұл иондардың клетка сыртындағы ағыны бар, ал ерітіндінің қозғалысының тудырған күші нейритті катодтық бағытта тартады деп саналады. Сонымен қатар, электр өрісі катод жаққа жақын жасушаны деполяризациялауы мүмкін, бұл кернеуге сезімтал кальций арналарын ашып, кальций иондарының жасушаға енуіне мүмкіндік береді. Нейриттердің өсуіне кальцийдің ықпалы бар екені кеңінен қабылданған. Алайда, Пурдью университетінің ғалымдары жақында жариялаған мақаласында бұл теорияға қарсылық білдірді. Соңғы зерттеулер токтың өсу бағытына және қарапайым электр өрісінің әсерін ажыратуды қамтиды. Сондай-ақ, айнымалы және тұрақты ток өрістерін зерттеу жүргізілуде. Қазіргі таңдағы зерттеулердің маңызды тақырыбы – әлемдегі көптеген нейробиологиялық зертханалар өсуді бағыттаудың тиімді әдісін табуға тырысуда. Мүмкін болатын қолданыстары – қираған жүйкелерді бағыттау және жаңарту, бірақ олар тек қана қашықтағы болашақта қолжетімді болады. Бұл техника нейрондық желілерді зерттеуде де пайдалы болар еді. Нейриттер үлкен қашықтықтарда бір-біріне қарай бағытталып, синапстар құруға мүмкіндік алады. Жүздеген немесе мыңдаған жасушалардан тұратын желілер құрастырылып, зерттелуі мүмкін.
Neuronal galvanotropism is the ability to direct the outgrowth of neuronal processes through the use of an extracellular electric field. This technique has been researched since the late 1920s and has been shown to direct the formation of both axonic and dendritic processes in cell culture. It is only possible to direct outgrowth of in vitro preparations at this point. In vitro preparations involve the use of a culture dish, in which there is a species specific neuronal growth factor. Neurons are removed from a chosen animal, plated onto the dish and allowed to grow (often kept in incubation). The application of an extracellular electric field shows that the cells will grow processes in a direction that demonstrates the direction of the applied electric field. This could be either in the direction of the cathode or anode, depending on the type of substrate the cells are plated onto. The mechanism underlying this behavior is thought to involve the effect of the electric field on receptors and membrane proteins on the cell's surface. These charged proteins would experience an electrophoretic force pulling them toward the oppositely charged pole of the electric field. Most of these membrane proteins are negatively charged, but the growth, when observed appears to be directed to the negative pole (cathode). This is a strange behavior that can only be accounted for by electroosmotic effects. Positively charged ions outside the cell experience a force towards the cathode. There is a flux of these ions outside the cell and the shear force of solution movement is thought to pull the neurite in the cathodal direction. Also, the electric field may depolarize the cell near the cathodal side opening voltage gated calcium channels and allowing calcium ions to enter the cell. Calcium is widely believed to be a factor in neurite outgrowth. This theory has been challenged in a recent paper by scientists at Purdue University. Recent studies also involve differentiating between the effect of current on growth direction and the effect of a simple electric field. Studies involving AC and DC fields are also being conducted. This is currently a highly researched topic, in which many neuroscience labs around the world are attempting to be the first to have a feasible method of directing outgrowth. Potential applications involve the direction and regeneration of severed nerves although these would only become available in the very distant future. This technique would also be useful in the study of neuronal networks. Neurites could be directed toward each other over large distances and allowed to form synapses. Networks of hundreds or thousands of cells could be constructed and studied.