Neuronen, de fundamentele eenheden van het zenuwstelsel, zijn zeer aanpasbare cellen die hun structuur en functie kunnen veranderen als reactie op hun omgeving. Dit fenomeen, bekend als neuronale plasticiteit, is cruciaal voor leren, geheugen en andere cognitieve processen. Hoewel het algemeen bekend is dat neuronen worden beïnvloed door elektrische en chemische signalen, suggereert nieuw onderzoek dat mechanische krachten ook een cruciale rol spelen bij het vormgeven van neuronaal gedrag.

In een studie gepubliceerd in het tijdschrift "Neuron" onderzocht een team van biologen van de Universiteit van Californië, San Francisco (UCSF) onder leiding van Dr. Catherine Dulac de rol van mechanische krachten bij het vormgeven van de neuronale functie. Ze concentreerden zich op een specifiek type neuron in de hersenen van muizen, een mitraliscel genaamd, die verantwoordelijk is voor het verwerken van reukinformatie.

Met behulp van een combinatie van geavanceerde beeldvormingstechnieken en biofysische tests ontdekten de onderzoekers dat de stijfheid van de extracellulaire matrix (ECM), de 3D-scaffold die cellen omringt en ondersteunt, het gedrag van mitraliscellen beïnvloedt. Toen de ECM stijver was, hadden mitraliscellen een verhoogde prikkelbaarheid en vormden ze meer synapsen, de kruispunten waar neuronen met elkaar communiceren. Omgekeerd, toen de ECM zachter was, hadden de mitraliscellen de prikkelbaarheid verminderd en minder synapsen gevormd.

De onderzoekers ontdekten ook dat de stijfheid van de ECM rechtstreeks invloed heeft op de activiteit van een belangrijke moleculaire route, de RhoA-route, waarvan bekend is dat deze de celvorm, beweeglijkheid en adhesie reguleert. Door de stijfheid van de ECM te moduleren, konden de onderzoekers de activering van de RhoA-route controleren en zo de functie van mitraliscellen manipuleren.

Deze bevindingen suggereren dat mechanische krachten een belangrijke rol spelen bij het vormgeven van neuronaal gedrag en circuitvorming in de hersenen. Door te begrijpen hoe mechanische krachten de neuronale functie beïnvloeden, kunnen wetenschappers nieuwe inzichten verwerven in de ontwikkeling en behandeling van neurologische aandoeningen zoals autismespectrumstoornis en schizofrenie, die worden gekenmerkt door abnormale neuronale connectiviteit en functie.

Naast het bieden van een nieuw perspectief op neuronale plasticiteit, benadrukt deze studie ook het belang van interdisciplinair onderzoek. Door technieken uit de biologie, natuurkunde en techniek te combineren, konden de onderzoekers een verborgen laag van complexiteit in de neuronale functie blootleggen die voorheen over het hoofd werd gezien. Deze convergentie van disciplines zal waarschijnlijk toekomstige vooruitgang in ons begrip van de hersenen en zijn aandoeningen stimuleren.