Forskare inom mänsklig fysiologi har länge känt till att enskilda nervceller, även kallade neuroner, är en av få celler med förmågan att regenerera och självreparera. En nervcell överför elektriska signaler via ett långt, strukturellt utsprång som kallas dess axon. När axonet är skadat och helt avskiljs, börjar det regenerera och växa mot sin tidigare avskurna andra ände. Vid början av 21-talet hade man lärt sig mycket om processen, men med begränsad vetenskaplig säkerhet om den exakta mekanismen har forskare kallat detta snävt riktade studieområde, axonvägledning.
En nervcell kan beskrivas som att den har tre delar. Cellens huvudkropp, som kallas dess soma, har många små, förgrenade utsprång som kallas dendriter som tar upp de kemiska signaturerna av en elektrisk signal. För att vidarebefordra signalen genererar soma en elektrisk laddning som pulserar längs ett annat singulärt utsprång, dess axon. Oavsett om det är en motorneuron för att styra muskelrörelser, eller en sensorisk neuron för att upptäcka en kittling i huden, kan ett enda mikroskopiskt tunt axon nå från en tå till ryggradens bas. Den grundläggande frågan om axonstyrning är hur en nervs växande, aktivt förlängda axon hittar sin väg till den korrekta, extremt exakta, terminala platsen.
Den felaktiga gissningen att en cell är internt förprogrammerad avfärdas, eftersom varje cell innehåller samma uppsättning genetiska instruktioner. Slutsatsen är att det måste vara en extern signal, mest troligt kemisk, som ett axon går in på. Följaktligen måste spetsen på ett växande axon innehålla en receptor för att känna igen signalen. Forskare tror att detta är en av de främsta drivkrafterna för axonstyrning.
En växande eller regenererande axons spets kallas dess tillväxtkon. Detta har visat sig utveckla ovanliga, mycket små utsprång som kallas filopodia som kommer i kontakt med omgivande vävnad. De letar efter kemikalier som kallas celladhesionsmolekyler, som mestadels finns på cellväggarna i vissa typer av vävnader, som signalerar axonet att fästa sig på denna plats och fortsätta leta. Styrt på detta sätt kan ett regenererande axon växa så mycket som 0.08 – 0.2 tum (2-5 mm) per dag.
Forskare har upptäckt att varje filopodia inte bara attraheras av vissa kemikalier, utan också stöts bort av andra. Detektering av dessa kemikalier påskyndar eller saktar ner hastigheten för axontillväxt, och relativ detektion från varje filopodia resulterar därför i asymmetrisk tillväxt. Axonet styrs kemiskt för att växa i stegvis korrigerade riktningar. En svårighet med denna modell av axonvägledning är dock att forskare katalogiserar många biologiska kemikalier som tillväxtkonen reagerar på.
Helt naturligt skär embryologi eller studiet av en organisms tidiga utveckling forskning inom axonstyrning. En teori som härrör från att observera ägg från höns och grodor tyder på att axoner växer enligt en rumslig topografi. Den relativa spridningen av kemiska ledtrådar från mängden av närliggande nervceller fungerar som en slags magnetisk inriktning för att organisera axonets tillväxtriktning. En annan teori noterar att den bilaterala symmetrin hos de flesta komplexa djur kräver att axoner möter beslutspunkter, kallade kommisurer, för att rikta dem i radikalt specifika riktningar som höger eller vänster. Det finns bevis på vissa typer av celler som kallas guidepostceller som inkluderar andra växande nervceller, som har denna effekt.
Det mänskliga nervsystemet kan delas in i det centrala nervsystemet, som består av hjärnan och ryggmärgen, och det perifera nervsystemet som förgrenar sig i hela kroppen. Det finns mycket att lära om hur nervcellerna i hjärnan och ryggmärgen regenereras och repareras. Det antas att bättre förståelse för den mer lätt observerbara processen att regenerera perifera nerver kommer att leda till potentiella terapier för hjärn- och ryggradsskador.