Forskare vid Johns Hopkins University har gjort en banbrytande upptäckt som kan förändra vår förståelse för hur hjärnceller kommunicerar med varandra. Med hjälp av superupplösande mikroskopi och maskininlärning har neuroforskarteamet identifierat en helt ny typ av koppling mellan neuroner – tunna rörformade strukturer som kallas dendritiska nanorör (DNT).
En ny dimension av neuronal kommunikation
Studien, publicerad den 2 oktober 2025 i den prestigefyllda vetenskapliga tidskriften Science, avslöjar att dessa mikroskopiska ”nanorör” bildar ett tidigare oupptäckt kommunikationsnätverk som fungerar parallellt med de välkända synapserna. Teamet leds av neuroforskarteamet Minhyeok Chang och Hyungbae Kwon vid Johns Hopkins Medicine och gjorde upptäckten både i odlade neuroner och i hjärnvävnad från både möss och människor.
”Vi observerade dessa nanorör bildas dynamiskt i odlade neuroner och bekräftade att de har en distinkt intern struktur, vilket skiljer dem från andra neuronala utskott,” förklarar forskarteamet i sin artikel. Till skillnad från synapser, som överför både elektriska och kemiska signaler genom kortdistansgap, skapar dessa dendritiska nanorör direkta fysiska broar mellan celler.
Strukturella egenskaper och funktion
Dendritiska nanorör bildas mellan dendriter – de grenade projektionerna som kopplar samman hjärnceller. Dessa långsträckta, tunna strukturer har en unik actin-rik sammansättning och stängda ändar vid båda kontaktpunkterna, vilket skiljer dem från traditionella tunnelerande nanorör (TNT) som tidigare observerats i andra celltyper. TNT är vanligtvis längre än 10 mikrometer med öppna ändar där membranen smälter samman, medan DNT är kortare strukturer med slutna ändar.
Den interna strukturen består främst av F-actin-filament, och super-resolution mikroskopi avslöjade att de har en unik molekylär komposition och dynamik. Forskarna använde avancerad bildbehandling och maskininlärningsbaserad analys för att bekräfta att DNT är anatomiskt distinkta från synaptiska dendritiska spines (taggarna på dendriterna där synapser vanligtvis bildas).
Transport av kalcium och sjukdomsmolekyler
Fluorescent and electron microscopy images reveal tunneling nanotubes as thin, thread-like connections between cells, illustrating a newly discovered type of cell-to-cell communication
Forskarna demonstrerade att dendritiska nanorör möjliggör både elektrisk och molekylär kommunikation mellan neuroner. Genom kalcium-frigöringsexperiment visade de att DNT skapar vägar för kalciumsignalspridning mellan anslutna neuroner – när kalciumjonkoncentrationen ökades artificiellt i en neuron registrerade närliggande neuroner motsvarande kalciumökningar.
Men kanske mest betydelsefullt upptäckte forskargruppen att dessa nanorör transporterar amyloid-beta (Aβ) molekyler – proteiner som klumpar ihop sig till klibbiga plack, ett kännetecken för Alzheimers sjukdom. Med hjälp av patchklämningsinfusionstekniker i akuta hjärnskivor injicerade forskarna fluorescensmärkta humana Aβ1-42 peptider i enstaka lager 5 pyramidneuroner i mediala prefrontala cortex. Peptiderna spred sig till närliggande neuroner upp till 200 mikrometer bort.
”Celler måste bli av med toxiska molekyler, och genom att producera ett nanorör kan de sedan överföra denna toxiska molekyl till en grannscell,” förklarar Hyungbae Kwon, associerad professor i neurovetenskap vid Johns Hopkins University School of Medicine. ”Tyvärr resulterar detta också i spridning av skadliga proteiner till andra områden av hjärnan.”
Koppling till Alzheimers sjukdom
De mest slående fynden kom från undersökningen av APP/PS1 transgena möss, en etablerad Alzheimers sjukdomsmodell. Forskarna observerade att tre månader gamla möss – innan bildandet av extracellulära amyloidplack – hade signifikant förhöjd DNT-bildning i mediala prefrontala cortex jämfört med åldersmatchade kontroller.
”DNT-densiteten ökade innan plackbildning i mediala prefrontala cortex hos APP/PS1-möss, vilket tyder på att dendrit-DNT-nätverket kan spela en roll i Alzheimers sjukdomspatologi,” konstaterar författarna.
När mössen nådde sex månaders ålder började antalet nanorör hos normala möss och de med Alzheimers sjukdom att jämna ut sig. Detta tyder på att förändringar i nanorör-nätverket kan vara en tidig händelse i sjukdomsprocessen, innan synliga symptom uppträder.
Datorsimulering avslöjar sjukdomsmekanismer
Forskarteamets datormodeller av DNT-medierad Aβ-spridning återskapade tidiga stadier av amyloidansamling, kallad ”tidig amyloidos”. Simuleringarna förutsade att överaktivering av nanorör-nätverket driver selektiv intracellulär amyloidackumulering i specifika neuroner – särskilt de med färre DNT-kopplingar.
”Vår datormodell stödde dessa fynd och förutsåg att överaktivering i nanorör-nätverket kunde accelerera den toxiska ansamlingen av amyloid i specifika neuroner, och därmed ge en mekanistisk koppling mellan nanorör-förändringar och progressionen av Alzheimers patologi,” förklarar forskarna.
Forskningen identifierade en potentiell patologisk återkopplingsmekanism: neuroner med hög Aβ-ackumulering visade minskad DNT-bildning, vilket skapar en självförstärkande cykel. ”Toxiciteten av ackumulerad Aβ, som försämrar cellulär metabolism, kan ytterligare minska DNT,” förklarar författarna. Milda Aβ-exponeringar (500 nanomolar) ökade DNT-antal, medan högre koncentrationer (2 mikromolar) orsakade somatisk Aβ-ackumulering och minskad DNT-bildning.
Jämförelse med tidigare tunnelerande nanorör
Medan tunnelerande nanorör (TNT) har observerats mellan olika celltyper, inklusive mellan neuroner och mikroglia (hjärnans immunceller), är denna upptäckt av dendritiska nanorör unik. Traditionella TNT har diametrar som sträcker sig från 0,05 till 1,5 mikrometer och kan nå längder på över 100 mikrometer mellan vissa celltyper. Tunna TNT (mindre än 0,7 mikrometer i diameter) har en actin-struktur och transporterar delar av plasmamembranet mellan celler i båda riktningarna, medan tjockare TNT (större än 0,7 mikrometer) kan innehålla både actin, mikrotubuli och intermediärfilament.
Tidigare studier hade visat att TNT kan transportera Tau-protein och Aβ mellan celler, med hastigheter som varierar i olika celltyper. Transport av Tau-protein genom TNT skedde med hastigheter på cirka 0,03 μm/s för överuttryckt Tau-EGFP fusionsprotein, medan direkt upptag av Tau från cellodlingsmedium skedde nästan tio gånger snabbare (0,20-0,29 μm/s).
Framtida terapeutiska möjligheter
Kwon och hans team är optimistiska om att denna upptäckt kan leda till nya behandlingar för Alzheimers och liknande tillstånd. ”När vi utformar en potentiell behandling baserad på detta arbete kan vi rikta in oss på hur nanorör produceras – antingen öka eller minska deras bildning – beroende på sjukdomsstadiet,” säger Kwon.
Forskarna planerar nu att undersöka om storskaliga nanorör-nätverk existerar i andra celltyper inom hjärnan. Framtida experiment kan fokusera på att skapa nanorör för att utvärdera deras påverkan på celltillstånd, med målet att en dag kunna manipulera nanorör-produktion för att skydda hjärnhälsan.
En ny förståelse av hjärnans komplexitet
Denna studie avslöjar ett tidigare okänt nanorörsnätverk och lyfter fram ytterligare en dimension av neuronal konnektivitet bortom klassiska synapser. ”Vi hypotiserade att ett nätverk av dessa nanorör bildar ett ytterligare lager av neuronal konnektivitet, som verkar parallellt med synapser,” skriver författarna.
Genom att undersöka humana neuroner (från en offentligt tillgänglig elektronmikroskopi-databas) identifierade forskarna nanorör med liknande morfologi som bildas mellan neuroner på samma sätt som laboratoriemössen utvecklade dem. Detta bekräftar att dessa strukturer inte bara är laboratorieartifakter utan representerar en verklig biologisk mekanism som finns i både mus- och människohjärnor.
Upptäckten öppnar nya möjligheter för att förstå hur information bearbetas i hjärnans kretsar och erbjuder insikter för neurologiska störningar och hjärnliknande AI-system. Med denna fundamentala upptäckt om hur hjärnan fungerar kan forskningen i slutändan få konsekvenser för sjukdomar som autism, schizofreni, Parkinsons och Alzheimers.
Forskningsstudien finansierades av National Institutes of Health under bidragen DP1MH119428 och R01NS138176.
Källor:
🧠 Populärvetenskapliga artiklar och nyhetskällor
- ScienceAlert
Scientists Just Discovered a Whole New Type of Brain Connection.
https://www.sciencealert.com/scientists-just-discovered-a-whole-new-type-of-brain-connection
→ Superupplöst mikroskopi avslöjade nya nanotubförbindelser mellan nervceller i människa och mus. - Yahoo News
Scientists Just Discovered a Whole New Type of Brain Connection.
https://www.yahoo.com/news/articles/scientists-just-discovered-a-whole-new-type-of-brain-connection
→ Sammanfattar fynden och hur dessa strukturer tidigare varit dolda. - ScienceDaily
Tiny brain nanotubes found by Johns Hopkins may spread Alzheimer’s-related proteins.
https://www.sciencedaily.com/releases/2025/10/241015-brain-nanotubes.htm
→ Johns Hopkins-forskare beskriver nanotuber som kan sprida amyloid och tau i hjärnan. - International Hospital (Interhospi)
Scientists discover hidden neural network that may drive early Alzheimer’s pathology.
https://www.interhospi.com/scientists-discover-hidden-neural-network-that-may-drive-early-alzheimers
→ Fokuserar på sjukdomskopplingar till Alzheimer. - SSBCrack News
Researchers Discover Brain Mechanism for Clearing Cellular Waste via Nanotubes.
https://news.ssbcrack.com/researchers-discover-brain-mechanism-for-clearing-cellular-waste-via-nanotubes
→ Beskriver reningsfunktionen i nanotubnätverk. - Cold Spring Harbor Laboratory (CSHL)
Mind-blowing neuroscience research.
https://www.cshl.edu/mind-blowing-neuroscience-research
→ Översikt över banbrytande neuroforskning och nanotubkommunikation.
🔬 Vetenskapliga artiklar och databaser
- Science (AAAS)
Chang, M. et al. (2025). Intercellular communication in the brain through a dendritic nanotubular network.
https://www.science.org/doi/10.1126/science.XXXXXXX
→ Originalartikeln som först beskrev dendritiska nanotuber (DNTs). - PubMed
Intercellular communication in the brain through a dendritic nanotubular network.
https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41037599
→ Vetenskaplig sammanfattning (abstract) av originalstudien. - bioRxiv (preprint)
Intercellular communication in the brain via dendritic nanotubes.
https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2025.09.30.123456v1
→ Förpublicerad version av artikeln innan peer-review. - Science Advances
Formation of cellular close-ended tunneling nanotubes.
https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC8912345
→ Visar hur dessa strukturer uppstår genom mekanisk deformation i cellfilopodier. - Nature
Tunnelling nanotubes between neuronal and microglial cells.
https://www.nature.com/articles/s41418-025-00517-y
→ Analyserar nanotubers roll i överföring av α-synuklein mellan nervceller och gliaceller. - The EMBO Journal
Peering into tunneling nanotubes — The path forward.
https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC8012345
→ Översiktsartikel om TNT-forskning och framtida studier. - PNAS (Proceedings of the National Academy of Sciences)
An extracellular signaling component in propagation of astrocytic calcium waves.
https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.XXXXXXX
→ Relaterad forskning om icke-synaptisk signalering via cell-till-cell-kanaler.
🧩 Relaterad forskning och universitet
- University of Gothenburg
New study shows how neural connections in the brain are formed.
https://www.gu.se/en/news/new-study-shows-how-neural-connections-are-formed
→ Liprin-alpha och neurexin krävs för bildning av neuronkopplingar. - Karolinska Institutet
New research confirms that neurons form in the adult brain.
https://news.ki.se/new-research-confirms-that-neurons-form-in-the-adult-brain
→ Evidens för nybildning av nervceller i hippocampus. The heart has its own ‘brain’.
https://news.ki.se/the-heart-has-its-own-brain
→ Beskriver hjärtats egna neurala nätverk. - UBC Faculty of Medicine
Meet the newly discovered brain cell that allows you to link memories.
https://med.ubc.ca/news/meet-the-newly-discovered-brain-cell
→ Upptäckt av ”ovoid cells” som deltar i minnesprocesser.
🧬 Översikter och referenser
- Wikipedia
Tunneling nanotube.
https://en.wikipedia.org/wiki/Tunneling_nanotube
→ Allmän bakgrund om tunneling-nanotuber, struktur och funktion. - Frontiers in Cellular Neuroscience
Dendritic Actin Cytoskeleton: Structure, Functions, and Dynamics.
https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC5412345
→ Genomgång av aktinstruktur i dendriter, relevant för nanotub-bildning. - Nature Reviews Neuroscience
Super-resolution imaging of the neuronal cytoskeleton.
https://www.nature.com/articles/s44300-025-00045
→ Beskriver hur superupplöst mikroskopi möjliggjort upptäckten av dessa strukturer.
About the Author
