Nerveceller gjenopprettes

2024 Forfatter: Seth Attwood | [email protected]. Sist endret: 2023-12-16 16:13

Det populære uttrykket «Nerveceller restituerer seg ikke» oppfattes av alle fra barndommen som en uforanderlig sannhet. Dette aksiomet er imidlertid ikke mer enn en myte, og nye vitenskapelige data tilbakeviser det.

Naturen har en svært høy sikkerhetsmargin i den utviklende hjernen: under embryogenese dannes et stort overskudd av nevroner. Nesten 70 % av dem dør før fødselen av et barn. Den menneskelige hjernen fortsetter å miste nevroner etter fødselen, gjennom hele livet. Denne celledøden er genetisk programmert. Selvfølgelig dør ikke bare nevroner, men også andre celler i kroppen. Bare alle andre vev har en høy regenerativ kapasitet, det vil si at cellene deres deler seg og erstatter de døde.

Regenereringsprosessen er mest aktiv i cellene i epitelet og hematopoietiske organer (rød benmarg). Men det er celler der genene som er ansvarlige for reproduksjon ved deling blokkeres. I tillegg til nevroner inkluderer disse cellene cellene i hjertemuskelen. Hvordan klarer folk å bevare intelligens til høy alder, hvis nerveceller dør og ikke fornyes?

En av de mulige forklaringene: ikke alle nevroner "fungerer" samtidig i nervesystemet, men bare 10% av nevronene. Dette faktum er ofte sitert i populær og til og med vitenskapelig litteratur. Jeg har gjentatte ganger måttet diskutere denne uttalelsen med mine innenlandske og utenlandske kolleger. Og ingen av dem forstår hvor denne figuren kom fra. Enhver celle lever og "virker" på samme tid. I hvert nevron foregår det hele tiden metabolske prosesser, proteiner syntetiseres, nerveimpulser genereres og overføres. Derfor, og forlater hypotesen om "hvilende" nevroner, la oss vende oss til en av egenskapene til nervesystemet, nemlig til dets eksepsjonelle plastisitet.

Betydningen av plastisitet er at funksjonene til døde nerveceller overtas av deres overlevende "kolleger", som øker i størrelse og danner nye forbindelser, og kompenserer for de tapte funksjonene. Den høye, men ikke uendelige effektiviteten til en slik kompensasjon kan illustreres av eksemplet med Parkinsons sykdom, hvor det er en gradvis død av nevroner. Det viser seg at før omtrent 90% av nevronene i hjernen dør, vises ikke de kliniske symptomene på sykdommen (skjelving av lemmer, begrensning av bevegelighet, ustø gang, demens), det vil si at personen ser praktisk talt frisk ut. Dette betyr at én levende nervecelle kan erstatte ni døde.

Men plastisiteten til nervesystemet er ikke den eneste mekanismen som tillater bevaring av intelligens til en moden alder. Naturen har også en fallback - fremveksten av nye nerveceller i hjernen til voksne pattedyr, eller nevrogenese.

Den første rapporten om neurogenese dukket opp i 1962 i det prestisjetunge vitenskapelige tidsskriftet Science. Artikkelen hadde tittelen "Er det dannet nye nevroner i hjernen til voksne pattedyr?" Forfatteren, professor Joseph Altman fra Purdue University (USA), ødela ved hjelp av en elektrisk strøm en av strukturene i rottens hjerne (den laterale genikulære kroppen) og injiserte der et radioaktivt stoff som trenger inn i de nylig fremvoksende cellene. Noen måneder senere oppdaget forskeren nye radioaktive nevroner i thalamus (en del av forhjernen) og hjernebarken. I løpet av de neste syv årene publiserte Altman flere studier som beviser eksistensen av nevrogenese i hjernen til voksne pattedyr. Men da, på 1960-tallet, forårsaket arbeidet hans bare skepsis blant nevrovitenskapsmenn, deres utvikling fulgte ikke.

Og bare tjue år senere ble neurogenese "gjenoppdaget", men allerede i hjernen til fugler. Mange sangfuglforskere har lagt merke til at i hver paringssesong synger kanarihannen Serinus canaria en sang med nye "knær". Dessuten adopterer han ikke nye triller fra sine medmennesker, siden sangene ble oppdatert selv isolert. Forskere begynte å studere i detalj fuglenes hovedvokalsenter, lokalisert i en spesiell del av hjernen, og fant ut at på slutten av parringssesongen (på kanarifuglene forekommer det i august og januar), en betydelig del av nevronene til vokalsenteret døde, sannsynligvis på grunn av overdreven funksjonell belastning … På midten av 1980-tallet kunne professor Fernando Notteboom fra Rockefeller University (USA) vise at hos voksne mannlige kanarifugler skjer prosessen med nevrogenese i vokalsenteret konstant, men antallet nevroner som dannes er underlagt sesongmessige svingninger. Toppen av nevrogenese hos kanarifugler skjer i oktober og mars, det vil si to måneder etter parringssesongen. Derfor oppdateres «musikkbiblioteket» med den mannlige kanarifuglens sanger jevnlig.

På slutten av 1980-tallet ble nevrogenese også oppdaget hos voksne amfibier i laboratoriet til Leningrad-forskeren professor A. L. Polenov.

Hvor kommer nye nevroner fra hvis nerveceller ikke deler seg? Kilden til nye nevroner hos både fugler og amfibier viste seg å være nevronale stamceller fra veggen av hjerneventriklene. Under utviklingen av embryoet er det fra disse cellene at cellene i nervesystemet dannes: nevroner og gliaceller. Men ikke alle stamceller blir til celler i nervesystemet - noen av dem "gjemmer seg" og venter i vingene.

Det er vist at nye nevroner oppstår fra stamceller fra den voksne organismen og hos lavere virveldyr. Det tok imidlertid nesten femten år å bevise at en lignende prosess skjer i pattedyrets nervesystem.

Fremskritt innen nevrovitenskap på begynnelsen av 1990-tallet førte til oppdagelsen av "nyfødte" nevroner i hjernen til voksne rotter og mus. De ble hovedsakelig funnet i de evolusjonært eldgamle delene av hjernen: luktløkene og hippocampus cortex, som hovedsakelig er ansvarlige for emosjonell atferd, stressrespons og regulering av pattedyrs seksuelle funksjoner.

Akkurat som hos fugler og lavere virveldyr, hos pattedyr, er nevronale stamceller lokalisert nær hjernens laterale ventrikler. Deres transformasjon til nevroner er veldig intensiv. Hos voksne rotter dannes rundt 250 000 nevroner fra stamceller per måned, og erstatter 3 % av alle nevroner i hippocampus. Levetiden til slike nevroner er veldig høy - opptil 112 dager. Nevronale stamceller reiser langt (ca. 2 cm). De er også i stand til å migrere til luktepæren, og blir til nevroner der.

Olfaktoriske pærer i pattedyrhjernen er ansvarlige for oppfatningen og primærbehandlingen av ulike lukter, inkludert gjenkjennelse av feromoner - stoffer som i sin kjemiske sammensetning er nær kjønnshormoner. Seksuell atferd hos gnagere reguleres først og fremst av produksjonen av feromoner. Hippocampus ligger under hjernehalvdelene. Funksjonene til denne komplekse strukturen er assosiert med dannelsen av korttidsminne, realiseringen av visse følelser og deltakelse i dannelsen av seksuell atferd. Tilstedeværelsen av konstant nevrogenese i olfaktorisk pære og hippocampus hos rotter forklares av det faktum at hos gnagere bærer disse strukturene den viktigste funksjonelle belastningen. Derfor dør ofte nervecellene i dem, noe som betyr at de må fornyes.

For å forstå hvilke forhold som påvirker nevrogenese i hippocampus og luktepæren, bygde professor Gage fra Salk University (USA) en miniatyrby. Musene lekte der, drev kroppsøving, lette etter utganger fra labyrintene. Det viste seg at i "urbane" mus oppsto nye nevroner i et mye større antall enn hos deres passive slektninger, fast i et rutinemessig liv i et vivarium.

Stamceller kan fjernes fra hjernen og transplanteres inn i en annen del av nervesystemet, hvor de blir til nevroner. Professor Gage og hans kolleger utførte flere lignende eksperimenter, hvorav det mest imponerende var følgende. En del av hjernevev som inneholdt stamceller ble transplantert inn i den ødelagte netthinnen til et rotteøye. (Den lysfølsomme indre veggen i øyet har en "nervøs" opprinnelse: den består av modifiserte nevroner - staver og kjegler. Når det lysfølsomme laget blir ødelagt, inntrer blindhet.) De transplanterte hjernestamcellene ble til retinale nevroner, deres prosesser nådde synsnerven, og rotten fikk tilbake synet! Dessuten, når man transplanterte hjernestamceller til et intakt øye, skjedde det ingen transformasjoner med dem. Sannsynligvis, når netthinnen er skadet, produseres det noen stoffer (for eksempel de såkalte vekstfaktorene) som stimulerer nevrogenese. Imidlertid er den nøyaktige mekanismen for dette fenomenet fortsatt ikke klart.

Forskere ble møtt med oppgaven med å vise at nevrogenese ikke bare forekommer hos gnagere, men også hos mennesker. For dette formål har forskere under veiledning av professor Gage nylig utført oppsiktsvekkende arbeid. I en av de amerikanske onkologiske klinikkene tok en gruppe pasienter med uhelbredelige ondartede neoplasmer det kjemoterapeutiske legemidlet bromodioxyuridin. Dette stoffet har en viktig egenskap - evnen til å akkumulere i celledeler i forskjellige organer og vev. Bromodioxyuridin er inkorporert i DNA til modercellen og lagres i datterceller etter at mors celler deler seg. Patologisk forskning har vist at nevroner som inneholder bromodioksyuridin finnes i nesten alle deler av hjernen, inkludert hjernebarken. Så disse nevronene var nye celler som dukket opp fra stamcelledeling. Funnet bekreftet ubetinget at prosessen med nevrogenese også forekommer hos voksne. Men hvis nevrogenese hos gnagere bare forekommer i hippocampus, så hos mennesker, er det sannsynlig at det kan fange opp mer omfattende områder av hjernen, inkludert hjernebarken. Nyere studier har vist at nye nevroner i den voksne hjernen kan dannes ikke bare fra nevronale stamceller, men fra blodstamceller. Oppdagelsen av dette fenomenet har forårsaket eufori i den vitenskapelige verden. Publikasjonen i tidsskriftet "Nature" i oktober 2003 avkjølte imidlertid entusiastiske sinn på mange måter. Det viste seg at blodstamceller faktisk trenger inn i hjernen, men de blir ikke til nevroner, men smelter sammen med dem og danner binukleære celler. Da blir den "gamle" kjernen til nevronet ødelagt, og den erstattes av den "nye" kjernen til blodstamcellen. I rottens kropp smelter blodstamceller hovedsakelig sammen med de gigantiske cellene i lillehjernen - Purkinje-celler, selv om dette skjer ganske sjelden: bare noen få sammenslåtte celler kan finnes i hele lillehjernen. Mer intens fusjon av nevroner skjer i leveren og hjertemuskelen. Det er ennå ikke klart hva den fysiologiske betydningen er i dette. En av hypotesene er at blodstamceller bærer med seg nytt arvemateriale, som ved å gå inn i den «gamle» lillehjernen forlenger levetiden.

Så nye nevroner kan oppstå fra stamceller selv i den voksne hjernen. Dette fenomenet er allerede mye brukt til å behandle ulike nevrodegenerative sykdommer (sykdommer ledsaget av død av nevroner i hjernen). Stamcellepreparater for transplantasjon oppnås på to måter. Den første er bruken av nevronale stamceller, som i både embryoet og den voksne er lokalisert rundt ventriklene i hjernen. Den andre tilnærmingen er bruk av embryonale stamceller. Disse cellene er lokalisert i den indre cellemassen på et tidlig stadium av embryodannelse. De er i stand til å forvandle seg til nesten hvilken som helst celle i kroppen. Den største utfordringen med å jobbe med embryonale celler er å få dem til å forvandle seg til nevroner. Ny teknologi gjør det mulig å gjøre dette.

Noen sykehus i USA har allerede dannet «biblioteker» av nevronale stamceller hentet fra embryonalt vev, og blir transplantert til pasienter. De første forsøkene på transplantasjon gir positive resultater, selv om leger i dag ikke kan løse hovedproblemet med slike transplantasjoner: den voldsomme multiplikasjonen av stamceller i 30-40% av tilfellene fører til dannelsen av ondartede svulster. Ingen tilnærming er ennå funnet for å forhindre denne bivirkningen. Men til tross for dette, vil stamcelletransplantasjon utvilsomt være en av hovedtilnærmingene i behandlingen av nevrodegenerative sykdommer som Alzheimers og Parkinsons, som har blitt en svøpe for utviklede land.