در نگاه اول عجیب است که برای کمک به مغز آسیب‌دیده، سراغ استخوان پا برویم. اما پژوهش جدیدی روی موش‌ها و خوک‌ها نشان می‌دهد که استخوان ممکن است از طریق خون با مغز ارتباط داشته باشد و در شرایط خاص، پیام‌هایی تولید کند که به کاهش آسیب مغزی کمک می‌کنند.
به گزارش زومیت، پژوهشگران چینی در آزمایش‌های خود، استخوان ساق پای حیوانات را با دستگاهی ویژه و به‌شکل کاملاً کنترل‌شده تحت فشار قرار دادند. حیواناتی که پس از آسیب مغزی این روش درمانی را دریافت کردند، در مقایسه با گروه کنترل شانس بقای بیشتری داشتند و توانایی‌های حرکتی و حافظه‌ی آن‌ها نیز بهتر بازیابی شد. این رویکرد در موش‌های دچار سکته مغزی هم نتایج امیدوارکننده‌ای داشت.
ایده‌ی مطالعه از پدیده‌ای قدیمی در پزشکی شکل گرفت. پزشکان سال‌هاست می‌دانند که بعضی بیماران مبتلا به آسیب شدید مغزی، شکستگی استخوانشان سریع‌تر از حد معمول ترمیم می‌شود. گاهی حتی در بافت‌های نرم بدن، جایی که نباید استخوان وجود داشته باشد، استخوان‌سازی اتفاق می‌افتد.
پژوهشگران با واردکردن فشار کنترل‌شده به استخوان ساق پای موش‌ها و خوک‌ها، بهبودهایی در بقا، حرکت و حافظه پس از آسیب مغزی مشاهده کردند
این مشاهدات نشان می‌دهند مغز آسیب‌دیده می‌تواند پیام‌هایی به استخوان بفرستد. پژوهشگران این بار سؤال را برعکس مطرح کردند: اگر مغز می‌تواند روی استخوان اثر بگذارد، آیا استخوان هم می‌تواند پیامی به مغز بفرستد که به روند ترمیم کمک کند؟
برای آزمایش این فرضیه، دستگاهی طراحی شد که فشار ملایم و دقیقی به استخوان ساق پا وارد می‌کرد. در هر جلسه، استخوان ۳۰۰ بار و با سرعت دو فشار در ثانیه فشرده می‌شد. این کار پنج روز در هفته ادامه داشت.
موش‌هایی که پس از آسیب مغزی این درمان را دریافت کردند، در آزمون‌های حرکتی عملکرد بهتری داشتند. آن‌ها همچنین در آزمون حافظه‌ی فضایی بهتر عمل کردند؛ آزمایشی که در آن حیوان باید محل سکویی پنهان در آب را به خاطر می‌سپرد.
نتایج فقط به رفتار حیوانات محدود نبود. به گزارش ساینس‌آلرت، در موش‌های درمان‌شده، وسعت آسیب مغزی کمتر بود، سلول‌های عصبی بیشتری زنده ماندند و التهاب مزمن مغز کاهش یافت. همچنین شواهدی از افزایش شکل‌گیری سلول‌های عصبی جدید مشاهده شد.
هنوز سؤال مهمی وجود داشت. فشار دادن ساق پا فقط استخوان را تحت‌تأثیر قرار نمی‌دهد؛ عضلات، عصب‌ها و رگ‌های خونی هم ممکن است واکنش نشان دهند. بنابراین پژوهشگران باید مشخص می‌کردند که اثر مشاهده‌شده واقعاً از خود استخوان می‌آید.
برای پاسخ به پرسش، پژوهشگران به سلول‌های زنده‌ی داخل استخوان توجه کردند. استخوان برخلاف ظاهر سخت و بی‌حرکتش، بافتی زنده است. سلول‌های داخل آن می‌توانند فشار و حرکت را حس کنند و در پاسخ، مواد شیمیایی مختلفی آزاد کنند.
یکی از مهم‌ترین بخش‌های این سازوکار، پروتئینی به نام PIEZO1 است که مانند حسگر فشار عمل می‌کند. وقتی پژوهشگران فعالیت PIEZO1 را در سلول‌های استخوانی موش‌ها غیرفعال کردند، فشاردادن استخوان ساق دیگر اثر محافظتی قبلی را روی مغز نداشت. این نتیجه نشان می‌داد خود سلول‌های استخوان باید فشار را حس کنند تا اثر مفید ایجاد شود.
پژوهشگران سپس آزمایش دیگری انجام دادند. آن‌ها سرم خون موش‌هایی را که استخوان ساق پایشان تحت فشار قرار گرفته بود، جدا کردند و به موش‌های دچار آسیب مغزی تزریق کردند که خودشان تحت فشار استخوان قرار نگرفته بودند. این موش‌ها نیز در مقایسه با گروه کنترل سلول‌های عصبی کمتری از دست دادند.
این آزمایش سرنخ مهمی به پژوهشگران داد: اثر مفید فقط نتیجه‌ی فشار مکانیکی روی پا نبود. به نظر می‌رسید استخوان پس از دریافت فشار، موادی را وارد خون می‌کند و این مواد از طریق جریان خون به مغز می‌رسند.
پس از درمان، مقدار چند ماده در خون افزایش یافت که با محافظت از سلول‌های عصبی، کاهش التهاب و ترمیم بافت ارتباط دارند. پژوهشگران یک ماده‌ی مشخص را به‌عنوان عامل اصلی پیدا نکردند. احتمالاً مجموعه‌ای از پیام‌های شیمیایی به‌طور هم‌زمان باعث این اثر می‌شوند.
برای اینکه مشخص شود این روش فقط در موش‌ها جواب نمی‌دهد، پژوهشگران آزمایش را روی خوک‌های مینیاتوری چهارماهه هم انجام دادند. مغز خوک از مغز موش بزرگ‌تر است و از نظر ساختار و عملکرد، شباهت بیشتری به مغز انسان دارد.
در این مرحله، به خوک‌ها به‌صورت کنترل‌شده آسیب مغزی وارد شد. شش خوک تحت فشار استخوان ساق قرار گرفتند و شش خوک دیگر به‌عنوان گروه کنترل درمان نشدند.
خوک‌های درمان‌شده در آزمون‌های رفتاری عملکرد بهتری داشتند و مدت بیشتری زنده ماندند. اندازه‌ی بخش آسیب‌دیده‌ی مغز آن‌ها نیز کمتر بود، سلول‌های عصبی بیشتری سالم باقی مانده بودند و مواد مرتبط با محافظت و ترمیم مغز در خونشان افزایش یافته بود. پژوهشگران چهار هفته بعد، استخوان ساق، مفصل زانو و غضروف حیوانات را بررسی کردند و نشانه‌ی آشکاری از آسیب ناشی از این فشار پیدا نکردند.
بااین‌حال، مطالعه محدودیت‌های مهمی دارد. در آزمایش روی خوک‌ها فقط شش حیوان در هر گروه حضور داشتند. همه‌ی موش‌ها و خوک‌ها نیز نر بودند، بنابراین هنوز مشخص نیست حیوانات ماده همین واکنش را نشان می‌دهند یا نه. از طرف دیگر، آسیب مغزی حیوانات در محیط آزمایشگاهی و به‌شکلی دقیق و کنترل‌شده ایجاد شده بود. در انسان، ضربه‌های مغزی بسیار متنوع هستند و از نظر محل آسیب، شدت و عوارض با یکدیگر تفاوت زیادی دارند.
پژوهشگران هنوز نمی‌دانند فشاردادن استخوان باید چه مدت بعد از آسیب انجام شود، اثر آن تا چه زمانی باقی می‌ماند و دقیقاً کدام مواد موجود در خون بیشترین نقش را دارند. بنابراین نتایج این مطالعه به این معنی نیست که در صورت ضربه به سر باید ساق پای فرد را فشار داد. آسیب تروماتیک مغزی وضعیتی اورژانسی است و باید زیر نظر پزشک درمان شود.
اهمیت اصلی پژوهش در چیز دیگری است: استخوان فقط اسکلت بدن نیست. این بافت می‌تواند نیرو را حس کند، به آن واکنش نشان دهد و مواد شیمیایی را وارد گردش خون کند که شاید روی اندام‌های دیگر، از جمله مغز، اثر بگذارند.
در این آزمایش‌ها، فشاردادن استخوان سلول‌های آن را فعال کرد. این سلول‌ها ترکیب شیمیایی خون را تغییر دادند و پیام‌های حاصل احتمالاً به کاهش التهاب، حفظ سلول‌های عصبی و ترمیم بهتر مغز کمک کردند.
اگر مطالعات بعدی این سازوکار را در نمونه‌های بزرگ‌تر و در نهایت در انسان تأیید کنند، ممکن است در آینده روش‌هایی برای تحریک ایمن استخوان یا حتی داروهایی بر پایه‌ی مواد محافظتی تولیدشده توسط آن توسعه داده شوند. البته چنین کاربردهایی فعلاً در مرحله‌ی فرضیه و پژوهش هستند.
نتیجه‌ی فعلی ساده اما غیرمنتظره است: روند بهبود مغز آسیب‌دیده ممکن است فقط به خود مغز محدود نباشد. استخوان پا نیز شاید بخشی از پاسخ بدن به آسیب باشد.
پژوهش در ژورنال Nature Neuroscience منتشر شده است.