Komórki nerwowe odzyskują siły

Popularny wyraz „komórki nerwowe nie są przywracane” jest postrzegany przez wszystkich od dzieciństwa jako niezmienna prawda. Jednak ten aksjomat jest niczym więcej, jak mitem, a nowe dane naukowe podważają to..

Natura tworzy w rozwijającym się mózgu bardzo wysoki margines bezpieczeństwa: podczas embriogenezy powstaje duży nadmiar neuronów. Prawie 70% z nich umiera przed narodzinami dziecka. Ludzki mózg nadal traci neurony i po urodzeniu przez całe życie. Taka śmierć komórki jest zaprogramowana genetycznie. Oczywiście umierają nie tylko neurony, ale także inne komórki ciała. Tylko wszystkie inne tkanki mają wysoką zdolność regeneracyjną, to znaczy ich komórki dzielą się, zastępując zmarłych. Proces regeneracji jest najbardziej aktywny w komórkach nabłonka i narządach krwiotwórczych (czerwony szpik kostny). Ale są komórki, w których geny odpowiedzialne za reprodukcję przez podział są zablokowane. Oprócz neuronów komórki te obejmują komórki mięśnia sercowego. Jak ludzie potrafią zachować intelekt do bardzo zaawansowanego wieku, jeśli komórki nerwowe obumierają i nie są aktualizowane?

Jedno z możliwych wyjaśnień: w układzie nerwowym nie wszystkie działają jednocześnie, ale tylko 10% neuronów. Fakt ten jest często cytowany w popularnej, a nawet naukowej literaturze. Wielokrotnie musiałem omawiać to oświadczenie z moimi kolegami z kraju i zagranicy. I żaden z nich nie wie, skąd ta postać pochodzi. Każda komórka jednocześnie żyje i „działa”. W każdym neuronie procesy metaboliczne zachodzą cały czas, białka są syntetyzowane, impulsy nerwowe są generowane i przesyłane. Dlatego pozostawiając hipotezę „spoczynkowych” neuronów, przejdźmy do jednej z właściwości układu nerwowego, a mianowicie jego wyjątkowej plastyczności..

Znaczenie plastyczności polega na tym, że funkcje martwych komórek nerwowych przejmują pozostali przy życiu koledzy, którzy zwiększają rozmiar i tworzą nowe połączenia, kompensując utracone funkcje. Wysoką, ale nie nieograniczoną skuteczność takiej kompensacji ilustruje przykład choroby Parkinsona, w której następuje stopniowa śmierć neuronów. Okazuje się, że dopóki około 90% neuronów nie umrze w mózgu, objawy kliniczne choroby (drżenie kończyn, ograniczenie mobilności, niestabilny chód, otępienie) nie pojawiają się, to znaczy osoba wygląda praktycznie zdrowo. Zatem jedna żywa komórka nerwowa może zastąpić dziewięć martwych.

Ale plastyczność układu nerwowego nie jest jedynym mechanizmem, który pozwala zachować intelekt w skrajnej starości. Natura ma również opcję rezerwową - pojawienie się nowych komórek nerwowych w mózgu dorosłych ssaków lub neurogenezę.

Pierwszy raport na temat neurogenezy pojawił się w 1962 r. W prestiżowym czasopiśmie naukowym „Science”. Artykuł był zatytułowany „Czy nowe neurony powstają w mózgach dorosłych ssaków?”. Jego autor, profesor Joseph Oltman z Purdue University (USA), używając prądu elektrycznego, zniszczył jedną ze struktur mózgu szczura (boczne ciało kolczaste) i wstrzyknął tam substancję radioaktywną, która przenika do nowo powstających komórek. Kilka miesięcy później naukowiec odkrył nowe radioaktywne neurony we wzgórzu (przodomózgowiu) i korze mózgowej. W ciągu następnych siedmiu lat Altman opublikował kilka innych artykułów potwierdzających istnienie neurogenezy w mózgach dorosłych ssaków. Jednak w latach 60. jego praca spowodowała jedynie sceptycyzm wśród neuronaukowców, a ich rozwój nie nastąpił..

I dopiero dwadzieścia lat później neurogeneza została ponownie „odkryta”, ale już w mózgu ptaków. Wielu badaczy ptaków śpiewających zwróciło uwagę na fakt, że podczas każdego okresu godowego samiec Kanaryjczyk Serinus canaria śpiewa piosenkę z nowymi „kolanami”. Co więcej, nie przyjmuje nowych tryli od swoich towarzyszy, ponieważ piosenki były aktualizowane osobno. Naukowcy zaczęli szczegółowo badać główne centrum wokalne ptaków, znajdujące się w specjalnej części mózgu, i odkryli, że pod koniec sezonu godowego (w kanarkach przypada w sierpniu i styczniu) znaczna część neuronów ośrodka głosowego zmarła, prawdopodobnie z powodu nadmiernego obciążenia funkcjonalnego . W połowie lat 80. profesor Fernando Nottebum z Rockefeller University (USA) był w stanie wykazać, że u dorosłych kanarków męskich proces neurogenezy zachodzi stale w centrum wokalnym, ale liczba powstających neuronów podlega sezonowym wahaniom. Szczyt neurogenezy w kanarkach przypada na październik i marzec, czyli dwa miesiące po sezonach godowych. Dlatego „biblioteka” piosenek kanaryjskich jest regularnie aktualizowana..

Pod koniec lat osiemdziesiątych neurogenezę wykryto również u dorosłych płazów w laboratorium Leningradzkiego naukowca profesora A.L. Polenova.

Skąd pochodzą nowe neurony, jeśli komórki nerwowe się nie dzielą? Źródłem neuronów u ptaków i płazów były neuronalne komórki macierzyste ściany komór. Podczas rozwoju zarodka z tych komórek powstają komórki układu nerwowego: neurony i komórki glejowe. Ale nie wszystkie komórki macierzyste zamieniają się w komórki układu nerwowego - niektóre z nich są „ukryte” i czekają na skrzydłach.

Jak pokazano, nowe neurony wyłaniają się z komórek macierzystych dorosłego organizmu i niższych kręgowców. Jednak prawie piętnaście lat zajęło udowodnienie, że podobny proces zachodzi w układzie nerwowym ssaków..

Rozwój neuronauki na początku lat 90. doprowadził do odkrycia „nowonarodzonych” neuronów w mózgu dorosłych szczurów i myszy. Znaleziono je głównie w ewolucyjnych starożytnych częściach mózgu: opuszkach węchowych i korze hipokampa, które są głównie odpowiedzialne za zachowanie emocjonalne, reakcję na stres i regulację funkcji seksualnych ssaków.

Podobnie jak u ptaków i niższych kręgowców, u ssaków neuronalne komórki macierzyste znajdują się w pobliżu komór bocznych mózgu. Ich odrodzenie w neurony jest bardzo intensywne. U dorosłych szczurów z komórek macierzystych tworzy się około 250 000 neuronów miesięcznie, zastępując 3% wszystkich neuronów hipokampowych. Żywotność takich neuronów jest bardzo wysoka - do 112 dni. Komórki neuronalne łodygi pokonują długą drogę (około 2 cm). Mogą również migrować do opuszki węchowej, zamieniając się w neurony.

Bulwy węchowe ssaków są odpowiedzialne za percepcję i podstawowe przetwarzanie różnych zapachów, w tym rozpoznawanie feromonów - substancji, które są podobne pod względem składu chemicznego do hormonów płciowych. Zachowanie seksualne gryzoni jest regulowane głównie przez produkcję feromonów. Hipokamp znajduje się pod półkulami mózgu. Funkcje tej kompleksowo zorganizowanej struktury wiążą się z tworzeniem pamięci krótkotrwałej, realizacją pewnych emocji i uczestnictwem w kształtowaniu zachowań seksualnych. Obecność trwałej neurogenezy u szczurów w opuszce węchowej i hipokampie tłumaczy się tym, że struktury te mają główne obciążenie funkcjonalne u gryzoni. Dlatego komórki nerwowe w nich często umierają, co oznacza, że ​​muszą być aktualizowane..

Aby zrozumieć, jakie warunki wpływają na neurogenezę hipokampa i opuszki węchowej, profesor Gage z University of Salk (USA) zbudował miniaturowe miasto. Myszy grały tam, zajmowały się kulturą fizyczną, szukały wyjść z labiryntów. Okazało się, że u „miejskich” myszy nowe neurony pojawiły się w znacznie większej liczbie niż u ich pasywnych krewnych, pogrążonych w rutynowym życiu w wiwarium.

Komórki macierzyste można wyodrębnić z mózgu i przeszczepić do innej części układu nerwowego, gdzie przekształcą się w neurony. Profesor Gage i jego koledzy przeprowadzili kilka podobnych eksperymentów, z których najbardziej imponujące było następujące. Część tkanki mózgowej zawierającej komórki macierzyste przeszczepiono do zniszczonej siatkówki szczurów. (Światłoczuła wewnętrzna ściana oka ma pochodzenie „nerwowe”: składa się ze zmodyfikowanych neuronów - pręcików i stożków. Gdy warstwa światłoczuła zostaje zniszczona, pojawia się ślepota.) Przeszczepione komórki macierzyste mózgu zamieniły się w neurony siatkówki, ich przydatki dotarły do ​​nerwu wzrokowego, a szczur przeoczył! Ponadto, podczas transplantacji komórek macierzystych mózgu do nienaruszonego oka, nie nastąpiły z nimi żadne transformacje. Jest prawdopodobne, że jeśli siatkówka jest uszkodzona, wytwarzane są niektóre substancje (na przykład tak zwane czynniki wzrostu), które stymulują neurogenezę. Jednak dokładny mechanizm tego zjawiska wciąż nie jest jasny..

Naukowcy stanęli przed zadaniem wykazania, że ​​neurogeneza występuje nie tylko u gryzoni, ale także u ludzi. W tym celu naukowcy pod kierownictwem profesora Gage'a wykonali niedawno sensacyjną pracę. W jednej z amerykańskich klinik onkologicznych grupa pacjentów z nieuleczalnymi nowotworami złośliwymi wzięła lek chemioterapeutyczny bromodoksyoksydydynę. Substancja ta ma ważną właściwość - zdolność do gromadzenia się w dzielących się komórkach różnych narządów i tkanek. Bromodoksyoksydydyna jest włączana do DNA komórki macierzystej i przechowywana w komórkach potomnych po podziale komórki macierzystej. Badanie patologiczne wykazało, że neurony zawierające bromodoksyoksydydynę znajdują się prawie we wszystkich częściach mózgu, w tym w korze mózgowej. Oznacza to, że te neurony były nowymi komórkami, które pojawiły się podczas podziału komórek macierzystych. Odkrycie bezwarunkowo potwierdziło, że proces neurogenezy zachodzi u dorosłych. Ale jeśli gryzonie mają neurogenezę tylko w hipokampie, to u ludzi jest prawdopodobne, że może ona wychwytywać większe obszary mózgu, w tym korę dużych półkul. Ostatnie badania wykazały, że nowe neurony w mózgu dorosłego mogą być tworzone nie tylko z nerwowych komórek macierzystych, ale także z komórek macierzystych krwi. Odkrycie tego zjawiska spowodowało euforię w świecie naukowym. Jednak publikacja w czasopiśmie Nature w październiku 2003 r. Znacznie ochłodziła entuzjastyczne umysły. Okazało się, że komórki macierzyste krwi przenikają do mózgu, ale nie przekształcają się w neurony, ale łączą się z nimi, tworząc komórki dwurdzeniowe. Następnie „stare” jądro neuronu zostaje zniszczone i zostaje zastąpione „nowym” jądrem komórki macierzystej krwi. W organizmie szczura komórki macierzyste krwi najczęściej łączą się z gigantycznymi komórkami móżdżku - komórkami Purkinjego, jednak zdarza się to dość rzadko: tylko kilka połączonych komórek można znaleźć w całym móżdżku. Bardziej intensywna fuzja neuronów występuje w wątrobie i mięśniu sercowym. Chociaż jest to całkowicie niezrozumiałe, jakie jest fizjologiczne znaczenie tego? Jedna z hipotez mówi, że komórki macierzyste krwi niosą ze sobą nowy materiał genetyczny, który dostając się do „starej” komórki móżdżku przedłuża jego życie.

Nowe neurony mogą powstać z komórek macierzystych nawet w mózgu osoby dorosłej. Zjawisko to jest już szeroko stosowane w leczeniu różnych chorób neurodegeneracyjnych (chorób obejmujących śmierć neuronów w mózgu). Preparaty komórek macierzystych do przeszczepów uzyskuje się na dwa sposoby. Pierwszym z nich jest wykorzystanie nerwowych komórek macierzystych, które zarówno w zarodku, jak iu dorosłej osoby znajdują się wokół komór mózgu. Drugim podejściem jest wykorzystanie embrionalnych komórek macierzystych. Komórki te znajdują się w wewnętrznej masie komórkowej we wczesnym stadium tworzenia zarodka. Są w stanie przekształcić się w prawie każdą komórkę w ciele. Największą trudnością w pracy z komórkami embrionalnymi jest zmuszenie ich do przekształcenia się w neurony. Umożliwiają to nowe technologie.

W niektórych instytucjach medycznych w USA „biblioteki” neuronalnych komórek macierzystych pochodzących z tkanki rozrodczej zostały już utworzone i są przeszczepiane pacjentom. Pierwsze próby transplantacji dają pozytywne wyniki, choć dziś lekarze nie mogą rozwiązać głównego problemu takich przeszczepów: nieograniczona reprodukcja komórek macierzystych w 30–40% przypadków prowadzi do powstawania nowotworów złośliwych. Nie znaleziono jeszcze żadnego podejścia zapobiegającego takiemu efektowi ubocznemu. Jednak pomimo tego przeszczep komórek macierzystych będzie niewątpliwie jednym z głównych podejść w leczeniu chorób neurodegeneracyjnych, takich jak choroba Alzheimera i Parkinsona, które stały się plagą krajów rozwiniętych..