I ricercatori della fisiologia umana sanno da tempo che le singole cellule nervose, chiamate anche neuroni, sono una delle poche cellule in grado di rigenerarsi e autoripararsi. Una cellula nervosa trasmette segnali elettrici attraverso una lunga sporgenza strutturale chiamata assone. Quando l’assone viene ferito e si disfa completamente, inizia a rigenerarsi e crescere verso l’altra estremità precedentemente recisa. Alla fine del 21 ° secolo, molto era stato appreso sul processo, ma con una certezza scientifica limitata sull’esatto meccanismo, i ricercatori hanno soprannominato questo campo di studio strettamente mirato, la guida degli assoni.
Una cellula nervosa può essere descritta come composta da tre parti. Il corpo principale della cellula, chiamato il suo soma, ha molte piccole sporgenze ramificate chiamate dendriti che raccolgono le firme chimiche di un segnale elettrico. Per inoltrare il segnale, il soma genera una carica elettrica che pulsa lungo un’altra sporgenza singolare, il suo assone. Che si tratti di un neurone motore per controllare i movimenti muscolari o di un neurone sensoriale per rilevare un solletico cutaneo, un singolo assone microscopicamente sottile può raggiungere da un dito del piede alla base della colonna vertebrale. La domanda fondamentale della guida degli assoni è come l’assone in crescita, attivamente allungante di un nervo, si dirige verso il posto terminale corretto, estremamente preciso.
L’ipotesi errata che una cellula sia pre-programmata internamente viene respinta, poiché ogni cellula contiene lo stesso set di istruzioni genetiche. La conclusione è che deve essere un segnale esterno, per lo più probabilmente un prodotto chimico, a cui si sta avvicinando un assone. Di conseguenza, la punta di un assone in crescita deve contenere un recettore per riconoscere il segnale. I ricercatori ritengono che questo sia uno dei principali driver della guida degli assoni.
La punta di un assone in crescita o in rigenerazione si chiama cono di crescita. Si è scoperto che questo sviluppa sporgenze insolite, molto piccole chiamate filopodia che entrano in contatto con il tessuto circostante. Stanno cercando sostanze chimiche chiamate molecole di adesione cellulare, che si trovano principalmente sulle pareti cellulari di alcuni tipi di tessuto, che segnalano l’assone di aderire in questo punto e continuare la ricerca. Guidato così, un assone rigenerante può crescere fino a 0,08 – 0,2 pollici (2-5 mm) al giorno.
I ricercatori hanno scoperto che ogni filopodia è, non solo attratto da alcuni prodotti chimici, ma anche respinto da altri. Il rilevamento di questi prodotti chimici accelera o rallenta la velocità di crescita degli assoni e il rilevamento relativo da ciascun filopodia provoca quindi una crescita asimmetrica. L’assone è guidato chimicamente per crescere in direzioni corrette in modo incrementale. Una difficoltà con questo modello di guida degli assoni, tuttavia, è che i ricercatori stanno catalogando numerosi prodotti chimici biologici a cui reagisce il cono di crescita.
Abbastanza naturalmente, l’embriologia o lo studio del primo sviluppo di un organismo, interseca la ricerca nella guida degli assoni. Una teoria derivata dall’osservazione delle uova di galline e rane suggerisce che gli assoni crescano secondo una topografia spaziale. La relativa dispersione di segnali chimici dalla moltitudine di cellule nervose vicine agisce come una sorta di allineamento magnetico per organizzare la direzione di crescita dell’assone. Un’altra teoria osserva che la simmetria bilaterale degli animali più complessi richiede che gli assoni incontrino punti di decisione, chiamati commissioni, per indirizzarli in direzioni radicalmente specifiche come destra o sinistra. Esistono prove di alcuni tipi di cellule chiamate cellule guida che includono altre cellule nervose in crescita, che hanno questo effetto.
Il sistema nervoso umano può essere suddiviso nel sistema nervoso centrale, costituito dal cervello e dal midollo spinale, e dal sistema nervoso periferico che si dirama in tutto il corpo. C’è molto da imparare su come le cellule nervose del cervello e del midollo spinale si rigenerano e si riparano. Si presume che una migliore comprensione del processo più facilmente osservabile di rigenerazione dei nervi periferici porterà a potenziali terapie per lesioni cerebrali e spinali.