Aivot ja selkäydin muodostavat yhdessä keskushermoston, joka säätelee kehon tahdonalaisia ja tahdosta riippumattomia toimintoja. Hermosolut muodostavat laajoja ja dynaamisia verkostoja, jossa ne välittävät tietoa sähkökemiallisten signaalien avulla. Astrosyytit ovat aivojen yleisimpiä hermotukisoluja. Ne osallistuvat hermosolujen väliseen tiedonkäsittelyyn säätelemällä välttämättömiä välittäjäaineita, kuten gamma-aminovoihappoa ja glutamaattia. Tutkimuksessa ja lääketieteessä astrosyyttien rooli on kuitenkin jäänyt vähälle huomiolle.
Annika Ahtiainen tarkasteli väitöstutkimuksessaan astrosyyttien vaikutusta hermosolujen väliseen kytkeytyvyyteen sekä sähköfysiologisiin ja biokemiallisiin vasteisiin. Tutkimuksessa hermosolujen sekä hermosolujen ja astrosyyttien verkostot kasvatettiin mikroelektrodimatriisialustalla (MEA), jolla hermosolujen sähköistä aktiivisuutta pystytään äänittämään solunulkoisesti reaaliajassa. Solujen toimintaa muokattiin kemiallisilla yhdisteillä, kuten ketamiinilla ja gabatsiinilla, sekä ajallisella interferenssistimulaatiolla (TIS).
Ketamiinia käytetään muun muassa nukutusaineena ja masennuksen hoidossa. Gabatsiinia puolestaan voidaan käyttää epilepsian mallintamiseen laboratoriossa, sillä se lisää hermosolujen sähköistä aktiivisuutta ja voi synnyttää epilepsian kaltaisen tilan. TIS on uusi ei-invasiivinen sähköstimulaatiomenetelmä, joka aktivoi syviä aivoalueita. Sen toivotaan tarjoavan turvallisemman vaihtoehdon nykyisten invasiivisten syväaivostimulaatiomenetelmien rinnalle.
Ahtiaisen tutkimustulosten perusteella astrosyyttien suhteellinen määrä hermoverkossa vaikuttaa merkittävästi hermosolujen sähköfysiologisiin ja biokemiallisiin vasteisiin. Astrosyytit lisäsivät hermosoluverkkojen vastetta gabatsiiniin ja lisäsivät näin hermoverkkojen sähköistä aktiivisuutta. Lisäksi ketamiini ja gabatsiini vaikuttivat hermosolu- ja hermosolu-astrosyyttiverkostojen solusignalointiin. Astrosyytit vähensivät myös TIS:in vaikutusta hermosoluihin, joka ilmeni vähentyneenä hermosolujen sähköisenä aktiivisuutena.
– Tulokset osoittavat, että astrosyytit ovat paljon enemmän kuin pelkkiä tukisoluja. Ne muokkaavat aktiivisesti hermosolujen toimintaa ja voivat vaikuttaa siihen, miten hermoverkot reagoivat ulkoisiin ärsykkeisiin. Nämä havainnot voivat auttaa ymmärtämään paremmin keskushermoston solujen toiminnan häiriöitä ja niiden vaikutuksia sekä hermosoluihin että astrosyytteihin, Ahtiainen toteaa.
– Aivojen ajalliseen interferenssiin perustuvia sähköstimulaatiomenetelmiä kehitettäessä tarvitaan lisää tutkimusta erityisesti TIS:n toimintamekanismeista solutasolla. Parempi ymmärrys siitä, miten TIS vaikuttaa hermosoluihin ja astrosyytteihin, voi auttaa kehittämään tehokkaampia ja ei-invasiivisia sähköstimulaatioon perustuvia hoitoja, Ahtiainen lisää.
Väitöstilaisuus perjantaina 4. huhtikuuta
Filosofian maisteri Annika Ahtiaisen neurotieteiden alaan kuuluva väitöskirja In Vitro Neuron-Astrocyte Networks and Their Modulation on Microelectrode Arrays tarkastetaan julkisesti Tampereen yliopiston lääketieteen ja terveysteknologian tiedekunnassa perjantaina 4.4.2025 kello 12 Kaupin kampuksen Arvo-rakennuksen auditoriossa F115 (Arvo Ylpön katu 34, Tampere). Vastaväittäjänä toimii Anna Herland Ruotsin Kuninkaallisesta teknillisestä korkeakoulusta. Kustoksena toimii dosentti Jarno Tanskanen Tampereen yliopistosta.