Cercetătorii în fiziologia umană știu de mult că celulele nervoase individuale, numite și neuroni, sunt una dintre puținele celule cu capacitatea de a se regenera și de a se auto-repara. O celulă nervoasă transmite semnale electrice printr-o proeminență lungă, structurală, numită axon. Când axonul este rănit și se rupe complet, acesta începe să se regenereze și să crească spre celălalt capăt al acestuia, tăiat anterior. Până la începutul secolului 21, s-au învățat multe despre proces, dar cu o certitudine științifică limitată cu privire la mecanismul exact, cercetătorii au numit acest domeniu de studiu îngust direcționat, ghidare axonală.
O celulă nervoasă poate fi descrisă ca având trei părți. Corpul principal al celulei, numit soma, are multe proeminențe mici, ramificate, numite dendrite, care preiau semnăturile chimice ale unui semnal electric. Pentru a transmite semnalul, soma generează o sarcină electrică care pulsează de-a lungul unei alte proeminențe singulare, axonul său. Fie că este un neuron motor pentru a controla mișcarea mușchilor sau un neuron senzorial pentru a detecta un gâdilat al pielii, un singur axon subțire microscopic poate ajunge de la un deget de la picior până la baza coloanei vertebrale. Întrebarea fundamentală a ghidării axonilor este modul în care axonul în creștere și alungire activ al unui nerv își găsește drumul către locul terminal corect, extrem de precis.
Presupunerea greșită că o celulă este preprogramată intern este respinsă, deoarece fiecare celulă conține același set de instrucțiuni genetice. Concluzia este că trebuie să fie un semnal extern, cel mai probabil chimic, în care se îndreaptă un axon. În consecință, vârful unui axon în creștere trebuie să conțină un receptor pentru a recunoaște semnalul. Cercetătorii cred că acesta este unul dintre principalii factori de ghidare a axonilor.
Un vârf de axon în creștere sau regenerare se numește con de creștere. S-a descoperit că aceasta dezvoltă proeminențe neobișnuite, foarte mici, numite filopodia, care intră în contact cu țesutul din jur. Ei caută substanțe chimice numite molecule de adeziune celulară, care se găsesc în cea mai mare parte pe pereții celulari ai anumitor tipuri de țesut, care semnalează axonului să se adere în acest loc și să continue căutarea. Ghidat astfel, un axon în regenerare poate crește până la 0.08 – 0.2 inchi (2-5 mm) pe zi.
Cercetătorii au descoperit că fiecare filopodie este, nu numai atrasă de anumite substanțe chimice, ci și respinsă de altele. Detectarea acestor substanțe chimice fie accelerează, fie încetinește rata de creștere a axonilor și, prin urmare, detectarea relativă a fiecărei filopodie duce la creșterea asimetrică. Axonul este ghidat chimic pentru a crește în direcții corectate progresiv. Cu toate acestea, o dificultate cu acest model de ghidare a axonilor este că cercetătorii catalogează numeroase substanțe chimice biologice la care reacționează conul de creștere.
În mod firesc, embriologia sau studiul dezvoltării timpurii a unui organism intersectează cercetările în ghidarea axonilor. O teorie derivată din observarea ouălor de găină și broaște sugerează că axonii cresc conform unei topografii spațiale. Dispersia relativă a indiciilor chimici din multitudinea de celule nervoase din apropiere acționează ca un fel de aliniere magnetică pentru a organiza direcția de creștere a axonului. O altă teorie notează că simetria bilaterală a majorității animalelor complexe necesită ca axonii să întâlnească puncte de decizie, numite comisuri, pentru a le direcționa în direcții radical specifice, cum ar fi dreapta sau stânga. Există dovezi ale anumitor tipuri de celule numite celule ghidaj care includ alte celule nervoase în creștere, care au acest efect.
Sistemul nervos uman poate fi subdivizat în sistemul nervos central, format din creier și măduva spinării, și sistemul nervos periferic care se ramifică în tot corpul. Există multe de învățat despre modul în care celulele nervoase ale creierului și ale măduvei spinării se regenerează și se repară. Se presupune că o mai bună înțelegere a procesului mai ușor de observat de regenerare a nervilor periferici va duce la potențiale terapii pentru leziunile creierului și coloanei vertebrale.