Từ thời điểm bạn nuốt một miếng thức ăn cho đến khi nó thoát ra khỏi cơ thể, ruột đang làm việc cật lực để xử lý chất lạ bên ngoài này. Nó phải chia nhỏ thành từng mảnh nhỏ. Nó phải phân biệt các chất dinh dưỡng lành mạnh với độc tố hoặc mầm bệnh và chỉ hấp thụ những gì có lợi. Và nó thực hiện tất cả những điều này trong khi di chuyển thực phẩm đã qua chế biến một phần theo một chiều qua các nhà máy tiêu hóa khác nhau - miệng, thực quản, dạ dày, qua ruột và ra ngoài.

“Tiêu hóa là cần thiết để tồn tại,” nói Marissa Scavuzzo, một nhà nghiên cứu sau tiến sĩ tại Đại học Case Western Reserve ở Ohio. “Chúng tôi làm điều đó hàng ngày, nhưng nếu bạn thực sự nghĩ về nó, nó nghe rất xa lạ và xa lạ.”

Việc phân hủy thức ăn đòi hỏi sự phối hợp của hàng chục loại tế bào và nhiều mô - từ tế bào cơ và tế bào miễn dịch đến mạch máu và bạch huyết. Dẫn đầu nỗ lực này là mạng lưới tế bào thần kinh của chính ruột, được gọi là hệ thần kinh ruột, len lỏi qua thành ruột từ thực quản xuống trực tràng. Mạng lưới này có thể hoạt động gần như độc lập với bộ não; quả thực, sự phức tạp của nó đã khiến nó có biệt danh là “bộ não thứ hai”. Và cũng giống như bộ não, nó được tạo thành từ hai loại tế bào hệ thần kinh: tế bào thần kinh và tế bào thần kinh đệm.

Glia, từng được cho là chất keo đơn thuần lấp đầy khoảng trống giữa các tế bào thần kinh, phần lớn đã bị bỏ qua trong não trong phần lớn thế kỷ 20. Rõ ràng, tế bào thần kinh là tế bào tạo ra mọi thứ: Thông qua tín hiệu điện và hóa học, chúng hiện thực hóa suy nghĩ, cảm xúc và hành động của chúng ta. Nhưng trong vài thập kỷ qua, glia đã rũ bỏ danh tính là những người phục vụ thụ động. Nhà thần kinh học ngày càng phát hiện ra tế bào thần kinh đệm đó đóng vai trò sinh lý trong não và hệ thần kinh mà trước đây dường như chỉ dành cho tế bào thần kinh.

Một sự tính toán thần kinh đệm tương tự hiện đang diễn ra trong ruột. Một số nghiên cứu đã chỉ ra vai trò tích cực đa dạng của glia đường ruột trong quá trình tiêu hóa, hấp thụ chất dinh dưỡng, lưu lượng máu và phản ứng miễn dịch. Những người khác tiết lộ sự đa dạng của các tế bào thần kinh đệm tồn tại trong ruột và cách mỗi loại có thể điều chỉnh hệ thống theo những cách chưa từng được biết đến trước đây. Một nghiên cứu gần đây, chưa được bình duyệt, đã xác định được một tập hợp con mới của các tế bào thần kinh đệm cảm nhận được thức ăn khi nó di chuyển qua đường tiêu hóa, báo hiệu cho mô ruột co bóp và di chuyển nó dọc theo đường đi của nó.

Enteric glia “dường như đang nằm ở giao diện của rất nhiều loại mô và quá trình sinh học khác nhau,” cho biết. Seyedeh Faranak Fattahi, trợ lý giáo sư về dược lý phân tử tế bào tại Đại học California, San Francisco. Họ đang “kết nối rất nhiều điểm giữa các vai trò sinh lý khác nhau”.

Hiện nay chúng có liên quan đến các rối loạn tiêu hóa cụ thể và các triệu chứng đau. Scavuzzo cho biết, hiểu được các vai trò khác nhau của chúng trong ruột có thể rất quan trọng trong việc phát triển các phương pháp điều trị. “Hy vọng rằng đây giống như sự khởi đầu của thời kỳ phục hưng tế bào thần kinh đệm trong ruột.”

Glia làm mọi thứ

Các nhà khoa học đã biết về thần kinh đệm đường ruột trong hơn một thế kỷ, nhưng cho đến gần đây vẫn chưa có ai có công cụ để nghiên cứu chúng. Các nhà nghiên cứu có thể kiểm tra tế bào thần kinh bằng cách thu thập các điện thế hoạt động mà chúng kích hoạt. Nhưng so với tế bào thần kinh, tế bào thần kinh đệm “nhàm chán” về mặt điện sinh lý. Brian Gulbransen, phó giáo sư khoa học thần kinh tại Đại học bang Michigan. Ngoài một số báo cáo chỉ ra vai trò của chúng trong việc duy trì mô ruột khỏe mạnh, chúng vẫn chưa được nghiên cứu kỹ lưỡng và đánh giá thấp.

Điều đó đã thay đổi trong hơn một thập kỷ qua. Các công cụ mới cho phép các nhà khoa học điều khiển hoạt động của gen trong tế bào thần kinh đệm hoặc hình dung chúng theo nhiều cách khác nhau đã “thay đổi đáng kể cách chúng ta nhìn nhận về hệ thần kinh ruột”, cho biết. Keith Sharkey, giáo sư sinh lý học và dược lý tại Đại học Calgary. Ví dụ, hình ảnh canxi, một phương pháp mà Gulbransen đã phát triển khi ông còn là nhà nghiên cứu sau tiến sĩ trong phòng thí nghiệm của Sharkey, cho phép họ phân tích hoạt động của thần kinh đệm bằng cách theo dõi nồng độ canxi trong tế bào.

Nhờ một số công nghệ mới hơn này, các nhà khoa học hiện biết rằng tế bào thần kinh đệm đường ruột là một trong những cơ quan phản ứng đầu tiên với tổn thương hoặc viêm ở mô ruột. Chúng giúp duy trì hàng rào ruột để loại bỏ độc tố. Chúng làm trung gian cho các cơn co thắt của ruột cho phép thức ăn chảy qua đường tiêu hóa. Glia điều hòa các tế bào gốc ở lớp ngoài của ruột và rất quan trọng cho việc tái tạo mô. Họ trò chuyện với hệ vi sinh vật, tế bào thần kinh và tế bào hệ thống miễn dịch, quản lý và điều phối các chức năng của chúng.

“Chúng tôi nghĩ rằng họ làm mọi thứ,” Gulbransen nói. “Mọi người càng tìm hiểu nhiều về họ thì càng ít ngạc nhiên khi họ đảm nhận những vai trò đa dạng này.”

Họ cũng có thể di chuyển giữa các vai trò. Người ta đã chứng minh rằng chúng có khả năng thay đổi đặc tính, chuyển từ loại tế bào thần kinh đệm này sang loại tế bào thần kinh đệm khác trong các đĩa thí nghiệm - một khả năng hữu ích trong môi trường ruột luôn thay đổi. Scavuzzo nói: Họ “rất năng động, có khả năng hoạt động để làm rất nhiều việc khác nhau, ngồi trong môi trường vô cùng biến động và phức tạp này”.

Ngay cả khi sự phấn khích ngày càng tăng về glia trong hệ thần kinh ruột, các nhà khoa học như Scavuzzo vẫn còn những câu hỏi khá cơ bản cần giải quyết - chẳng hạn như có bao nhiêu loại glia tồn tại.

Một lực lượng để tính toán với

Scavuzzo bắt đầu say mê với lĩnh vực tiêu hóa từ thời thơ ấu khi cô chứng kiến ​​những rắc rối về sức khỏe của mẹ mình do thực quản bị rút ngắn bẩm sinh. Chứng kiến ​​mẹ trải qua những biến chứng về đường tiêu hóa buộc Scavuzzo phải nghiên cứu về đường ruột ở tuổi trưởng thành để tìm ra phương pháp điều trị cho những bệnh nhân như mẹ cô. Cô nói: “Tôi lớn lên và hiểu rõ điều này là quan trọng. “Càng biết nhiều, chúng ta càng có thể can thiệp tốt hơn.”

Vào năm 2019, khi Scavuzzo bắt đầu nghiên cứu sau tiến sĩ tại Case Western dưới sự hướng dẫn của Paul Tesar, một chuyên gia thế giới về sinh học thần kinh đệm, cô biết mình muốn làm sáng tỏ sự đa dạng của thần kinh đệm đường ruột. Là nhà khoa học duy nhất trong phòng thí nghiệm của Tesar nghiên cứu ruột chứ không phải não, cô thường nói đùa với đồng nghiệp rằng cô đang nghiên cứu cơ quan phức tạp hơn.

Năm đầu tiên, cô gặp khó khăn trong việc cố gắng vạch ra từng tế bào riêng lẻ trong ruột, nơi được chứng minh là một môi trường nghiên cứu khắc nghiệt. Giai đoạn đầu của ruột non, tá tràng, nơi cô tập trung nghiên cứu, đặc biệt khó khăn. Mật có tính axit và dịch tiêu hóa của RNA bị thoái hóa ở tá tràng, vật liệu di truyền chứa manh mối về đặc tính của tế bào, khiến nó gần như không thể chiết xuất được. Tuy nhiên, trong vài năm tiếp theo, cô đã phát triển các phương pháp mới để làm việc trên hệ thống phức tạp này.

Scavuzzo cho biết những phương pháp đó cho phép cô có được “cái nhìn đầu tiên về sự đa dạng của các tế bào thần kinh đệm này” trên tất cả các mô của tá tràng. Vào tháng XNUMX, trong một bài báo xuất bản trên máy chủ in sẵn biorxiv.org chưa được bình duyệt, cô đã báo cáo rằng nhóm của cô đã phát hiện ra sáu loại tế bào thần kinh đệm, bao gồm một tế bào được họ đặt tên là “tế bào trung tâm”.

Các tế bào trung tâm biểu hiện gen cho kênh cảm giác cơ học gọi là PIEZO2 - một loại protein màng có thể cảm nhận được lực và thường được tìm thấy trong các mô phản ứng với sự tiếp xúc vật lý. Các nhà nghiên cứu khác đã tìm thấy gần đây PIEZO2 hiện diện trong một số tế bào thần kinh ruột; kênh này cho phép tế bào thần kinh cảm nhận được thức ăn trong ruột và di chuyển nó đi. Scavuzzo đưa ra giả thuyết rằng các tế bào trung tâm thần kinh đệm cũng có thể cảm nhận được lực và hướng dẫn các tế bào ruột khác co lại. Cô tìm thấy bằng chứng cho thấy những tế bào trung tâm này không chỉ tồn tại ở tá tràng mà còn ở hồi tràng và đại tràng, điều này cho thấy chúng có khả năng điều chỉnh nhu động trong toàn bộ đường tiêu hóa.

Cô đã xóa PIEZO2 khỏi các tế bào trung tâm thần kinh đệm đường ruột ở chuột, điều mà cô cho rằng sẽ làm cho các tế bào mất khả năng cảm nhận lực. Cô ấy đã đúng: nhu động ruột chậm lại và thức ăn tích tụ trong dạ dày. Nhưng hiệu ứng này rất khó nhận thấy, phản ánh thực tế là các tế bào khác cũng đóng vai trò trong việc di chuyển vật lý thức ăn được tiêu hóa một phần qua ruột, Scavuzzo cho biết.

Bà gợi ý rằng có thể mỗi loại tế bào liên quan có thể điều chỉnh một kiểu co bóp khác nhau - “hoặc chúng chỉ có thể là những cơ chế bổ sung mà các sinh vật tiến hóa để đảm bảo chúng ta có thể tiếp tục tiêu hóa thức ăn để sống sót”. Cô ấy nói thêm rằng có thể có nhiều lỗi không an toàn trong quá trình tiêu hóa vì đây là một quá trình quan trọng.

Thí nghiệm đưa ra bằng chứng rõ ràng rằng, ngoài các tế bào khác, “tế bào thần kinh đệm cũng có thể cảm nhận được các lực vật lý” thông qua kênh cảm giác cơ học này, cho biết. Vassilis Pachnis, người đứng đầu phòng thí nghiệm phát triển hệ thần kinh và cân bằng nội môi tại Viện Francis Crick. Sau đó, khi cảm nhận được sự thay đổi về lực, chúng có thể thay đổi hoạt động của các mạch thần kinh để kích hoạt các cơn co thắt cơ. “Đó là một tác phẩm tuyệt vời,” anh nói.

Tế bào trung tâm chỉ là một trong nhiều phân nhóm thần kinh đệm đóng vai trò chức năng trong ruột. Sáu loại phụ mới của Scavuzzo được thêm vào đặc trưng trong nghiên cứu trước đây, cùng nhau tiết lộ 14 nhóm nhỏ được biết đến của glia trên tá tràng, hồi tràng và đại tràng. Nhiều khả năng sẽ được phát hiện trong những năm tới, mỗi loại đều có tiềm năng mới để giải thích rõ hơn cách thức hoạt động của quá trình tiêu hóa và cho phép các nhà nghiên cứu phát triển các phương pháp điều trị cho nhiều loại rối loạn tiêu hóa.

Một cơn đau trong ruột

Các bệnh về đường tiêu hóa thường đi kèm với cảm giác đau đớn, bên cạnh các vấn đề rối loạn tiêu hóa. Ăn sai thực phẩm hoặc ăn quá nhiều thực phẩm phù hợp có thể gây đau bụng. Những cảm giác ruột thịt đó được điều khiển bởi các tế bào thần kinh ruột, bao gồm cả thần kinh đệm. Bởi vì tế bào thần kinh đệm hiện nay được biết đến với vai trò kiểm soát hoạt động của các tế bào miễn dịch nên chúng bị nghi ngờ có vai trò trong nhiều bệnh và rối loạn tiêu hóa, khiến chúng trở thành mục tiêu tiềm năng tốt cho các phương pháp điều trị.

Vài năm trước, Pachnis và nhóm của ông đã phát hiện ra rằng glia là một trong những loại tế bào đầu tiên phản ứng với tổn thương hoặc viêm nhiễm ở ruột chuột và việc can thiệp vào các tế bào thần kinh đệm ở ruột cũng có thể tạo ra phản ứng viêm. Pachnis cho biết, tế bào thần kinh đệm trong ruột dường như thực hiện các vai trò tương tự như các tế bào miễn dịch thực sự và do đó, rối loạn chức năng của chúng có thể dẫn đến các rối loạn tự miễn dịch mãn tính và bệnh viêm ruột, chẳng hạn như viêm loét đại tràng và bệnh Crohn. Ông nói: “Các tế bào thần kinh đệm chắc chắn đóng một vai trò trong sự khởi đầu, sinh bệnh học và sự tiến triển của các bệnh khác nhau về đường ruột”.

Glia có thể có liên quan vì vai trò trung tâm của chúng trong việc giao tiếp giữa hệ vi sinh vật, tế bào miễn dịch và các tế bào ruột khác. Tế bào thần kinh đệm khỏe mạnh củng cố hàng rào biểu mô của ruột, một lớp tế bào giúp loại bỏ độc tố, mầm bệnh và hấp thụ chất dinh dưỡng. Nhưng ở những bệnh nhân mắc bệnh Crohn, các tế bào thần kinh đệm không hoạt động bình thường, dẫn đến hàng rào bảo vệ yếu hơn và phản ứng miễn dịch không phù hợp.

Scavuzzo cho biết: “Các loại tế bào thần kinh đệm khác nhau có thể hoạt động khác nhau hoặc rối loạn chức năng trong nhiều loại bệnh và rối loạn mà khả năng vận động bị ảnh hưởng”. Chúng cũng có liên quan đến tình trạng viêm thần kinh, quá mẫn cảm trong các cơ quan và thậm chí gây chết tế bào thần kinh.

Ví dụ, Gulbransen và nhóm của ông gần đây đã phát hiện ra rằng glia góp phần gây đau ruột bằng cách tiết ra các phân tử làm nhạy cảm các tế bào thần kinh. Gulbransen cho biết, đây có thể là một phản ứng thích ứng nhằm thu hút sự chú ý của ruột đến các chất gây hại để loại bỏ chúng, tác dụng phụ gây ra cảm giác đau đớn.

Các phát hiện, được công bố ngày hôm nay trong Tín hiệu Khoa học, gợi ý rằng việc nhắm mục tiêu vào tế bào thần kinh đệm có thể giúp giảm bớt một số cơn đau do rối loạn viêm ruột gây ra.

Bản thân Glia cũng có thể bị căng thẳng do các vấn đề về di truyền, tiếp xúc với các chất chuyển hóa từ hệ vi sinh vật, chế độ ăn uống không hợp lý hoặc các yếu tố khác. Fattahi đã quan sát thấy rằng, bất kể nguyên nhân là gì, các tế bào thần kinh đệm ở ruột bị căng thẳng đều ảnh hưởng đến toàn bộ mô và đôi khi còn làm tổn thương các tế bào thần kinh lân cận hoặc thu hút các tế bào miễn dịch, gây thêm tình trạng viêm và đau.

Sharkey cho biết, những nghiên cứu mới về thần kinh đệm đường ruột này sẽ còn lâu mới giải thích được nhiều chứng rối loạn tiêu hóa mà các nhà nghiên cứu đang gặp khó khăn trong việc tìm hiểu và điều trị. “Tôi thực sự vui mừng khi thấy những tế bào này đã phát triển như thế nào để trở thành nhân vật trung tâm trong sinh học thần kinh đường ruột trong những năm qua.”

Ông nói thêm, ngày càng rõ ràng hơn là tế bào thần kinh không hoạt động một mình trong hệ thống ruột. “Nó có những đối tác xinh đẹp ở glia thực sự cho phép nó thực hiện công việc của mình theo cách hiệu quả và hiệu quả nhất.”

Quanta đang tiến hành một loạt cuộc khảo sát để phục vụ khán giả của chúng tôi tốt hơn. Lấy của chúng tôi khảo sát độc giả sinh học và bạn sẽ được tham gia để giành chiến thắng miễn phí Quanta hàng hóa.