Živčne celice se obnovijo

Popularni izraz »živčne celice se ne obnavljajo« je vse otroštvo dojemal kot nespremenljivo resnico. Vendar pa ta aksiom ni nič drugega kot mit, in novi znanstveni podatki to izpodbijajo..

Narava v razvijajočih se možganih postavlja zelo visoko mejo varnosti: med embriogenezo nastane velik presežek nevronov. Skoraj 70% jih umre pred rojstvom otroka. Človeški možgani še vedno izgubljajo nevrone in po rojstvu, vse življenje. Takšna celična smrt je genetsko programirana. Seveda ne umrejo le nevroni, ampak tudi druge celice telesa. Samo vsa druga tkiva imajo visoko regenerativno sposobnost, to je, da se njihove celice delijo in nadomeščajo mrtve. Postopek regeneracije je najbolj aktiven v epitelnih celicah in krvotvornih organih (rdeči kostni mozeg). Vendar pa obstajajo celice, v katerih so geni, odgovorni za razmnoževanje z delitvijo, blokirani. Poleg nevronov te celice vključujejo celice srčne mišice. Kako ljudem uspeva ohraniti intelekt do zelo naprednih let, če živčne celice umrejo in se ne posodobijo?

Ena od možnih razlag: v živčnem sistemu ne delajo vsi hkrati, ampak le 10% nevronov. To dejstvo se pogosto navaja v priljubljeni in celo znanstveni literaturi. O tej izjavi sem večkrat razpravljal s svojimi domačimi in tujimi kolegi. In nobeden od njih ne razume, od kod ta številka prihaja. Vsaka celica hkrati živi in ​​dela. V vsakem nevronu se ves čas dogajajo presnovni procesi, sintetizirajo se proteini, generirajo in prenašajo živčni impulzi. Torej, pustimo hipotezo "počivajočih" nevronov, se obrnemo na eno od lastnosti živčnega sistema, in sicer na njegovo izjemno plastičnost..

Pomen plastičnosti je, da funkcije mrtvih živčnih celic prevzamejo njihovi preživeli kolegi, ki povečajo velikost in oblikujejo nove povezave, kar kompenzira izgubljene funkcije. Visoko, vendar ne neomejeno učinkovitost takšne kompenzacije lahko ponazorimo s primerom Parkinsonove bolezni, v kateri se postopno umira nevroni. Izkazalo se je, da dokler v možganih ne umre približno 90% nevronov, se klinični simptomi bolezni (tresenje okončin, omejevanje gibljivosti, nestabilen hod, demenca) ne pojavijo, to pomeni, da oseba izgleda praktično zdrava. Tako lahko ena živčna živčna celica nadomesti devet mrtvih.

Ampak plastičnost živčnega sistema ni edini mehanizem, ki omogoča ohranjanje intelekta v skrajni starosti. Narava ima tudi rezervno možnost - pojav novih živčnih celic v možganih odraslih sesalcev ali nevrogeneza.

Prvo poročilo o nevrogenezi se je pojavilo leta 1962 v prestižni znanstveni reviji "Science". Članek je naslovljen »Ali se v možganih odraslih sesalcev oblikujejo novi nevroni?«. Njen avtor, profesor Joseph Oltman z univerze Purdue (ZDA), je z uporabo električnega toka uničil eno izmed možganov podgane (lateralno genikulsko telo) in tam injiciral radioaktivno snov, ki prodira v novo nastajajoče celice. Nekaj ​​mesecev kasneje je znanstvenik odkril nove radioaktivne nevrone v talamusu (prednjem možganu) in možganski skorji. V naslednjih sedmih letih je Altman objavil še nekaj dokumentov, ki dokazujejo obstoj nevrogeneze v možganih odraslih sesalcev. Toda v šestdesetih letih prejšnjega stoletja je njegovo delo povzročilo le skepticizem nevroznanstvenikov, njihov razvoj pa ni sledil..

In šele dvajset let pozneje je bila nevrogeneza ponovno odkrita, vendar že v možganih ptic. Številni raziskovalci ptic pevk so pozorni na dejstvo, da moški kanarski Serinus canaria med vsakim obdobjem parjenja poje pesem z novimi »koleni«. Poleg tega ne sprejema novih trilov od svojih kolegov, saj so pesmi posodabljali ločeno. Znanstveniki so začeli podrobno preučevati glavno vokalno središče ptic, ki se nahaja v posebnem delu možganov, in ugotovili, da je ob koncu parnega obdobja (v kanarincih to pade avgusta in januarja) pomemben del nevronov vokalnega centra umrl, verjetno zaradi pretirane funkcionalne obremenitve. . Sredi osemdesetih let prejšnjega stoletja je profesor Fernando Nottebum z Rockefellerjeve univerze (ZDA) pokazal, da se pri odraslih moških kanarčkih proces nevrogeneze neprestano pojavlja v vokalnem centru, število nastalih nevronov pa je odvisno od sezonskih nihanj. Vrhunec nevrogeneze v kanarincih je oktobra in marca, tj. Dva meseca po sezonah parjenja. Zato se »knjižnica« moških kanarskih pesmi redno posodablja..

V poznih osemdesetih letih se je nevrogeneza odkrila tudi pri odraslih dvoživkah v laboratoriju leningradskega znanstvenika profesorja A.L. Polenova.

Od kod prihajajo novi nevroni, če se živčne celice ne delijo? Vir nevronov pri pticah in dvoživkah so bile nevronske matične celice prekatne stene. Med razvojem zarodka se iz teh celic tvorijo celice živčnega sistema: nevroni in glijalne celice. Vendar pa se vse matične celice ne spremenijo v celice živčnega sistema - nekatere od njih so "skrite" in čakajo v krilih.

Kot je bilo prikazano, novi nevroni izhajajo iz matičnih celic odraslega organizma in v nižjih vretenčarjih. Vendar je trajalo skoraj petnajst let, da bi dokazali, da se podoben proces dogaja v živčnem sistemu sesalcev..

Razvoj nevroznanosti v začetku devetdesetih let prejšnjega stoletja je pripeljal do odkritja "novorojenih" nevronov v možganih odraslih podgan in miši. Najdeni so bili predvsem v evolucijsko najstarejših delih možganov: vohalne čebulice in skorja hipokampusa, ki so v glavnem odgovorni za čustveno vedenje, reakcijo na stres in regulacijo spolnih funkcij sesalcev..

Tako kot pri pticah in nižjih vretenčarjih se pri sesalcih nevronske matične celice nahajajo v bližini lateralnih prekatov možganov. Njihovo ponovno rojstvo v nevronih je zelo intenzivno. Pri odraslih podganah se približno 250.000 nevronov oblikuje iz matičnih celic na mesec, kar nadomesti 3% vseh nevronov s hipokampusom. Življenjska doba teh nevronov je zelo visoka - do 112 dni. Steme nevronske celice premagajo dolgo pot (približno 2 cm). Prav tako lahko migrirajo v vohalno žarnico in se tam spremenijo v nevrone.

Lažne žarnice sesalcev so odgovorne za zaznavanje in primarno obdelavo različnih vonjev, vključno s prepoznavanjem feromonov - snovi, ki so po kemični sestavi podobne spolnim hormonom. Spolno vedenje glodalcev je urejeno predvsem s proizvodnjo feromonov. Hipokampus se nahaja pod možganskimi hemisferami. Funkcije te kompleksno organizirane strukture so povezane z nastankom kratkoročnega spomina, uresničevanjem določenih čustev in sodelovanjem pri oblikovanju spolnega vedenja. Prisotnost trajne nevrogeneze pri podganah v vohalni čebulici in hipokampusu je razložena z dejstvom, da te strukture nosijo glavno funkcionalno obremenitev pri glodalcih. Zato živčne celice v njih pogosto umirajo, kar pomeni, da jih je treba posodobiti..

Da bi razumeli, kakšne razmere vplivajo na nevrogenezo v hipokampusu in vonju, je profesor Gage z Univerze v Salk (ZDA) zgradil miniaturno mesto. Tam so se igrali miši, se ukvarjali s fizično kulturo, iskali izhode iz labirintov. Izkazalo se je, da so se v »mestnih« miših pojavili novi nevroni v veliko večjem številu kot pri njihovih pasivnih sorodnikih, ki so bili v rutinskem življenju v vivariju..

Matične celice se lahko izločijo iz možganov in presadijo v drug del živčnega sistema, kjer se spremenijo v nevrone. Profesor Gage in njegovi sodelavci so izvedli več podobnih poskusov, od katerih je bil najbolj impresiven naslednji. Del uničenega možganskega tkiva, ki je vseboval matične celice, je bil presajen v uničeno mrežnico podgan. (Fotosenzitivna notranja stena očesa ima »živčni« izvor: sestoji iz spremenjenih nevronov - palic in stožcev. Ko se fotosenzitivni sloj uniči, slepota nastopi.) Presajene možganske celice so se spremenile v nevrone mrežnice, njihovi podstavki so prišli do optičnega živca, podgana pa je prišla do optičnega živca in podgana je bila spregledana! Poleg tega med transplantacijo možganskih matičnih celic v nedotaknjeno oko ni prišlo do transformacij z njimi. Verjetno je, da če je mrežnica poškodovana, nastanejo nekatere snovi (npr. Ti rastni faktorji), ki spodbujajo nevrogenezo. Vendar natančen mehanizem tega pojava še vedno ni jasen..

Znanstveniki so se soočili z nalogo, da pokažejo, da se nevrogeneza pojavlja ne samo pri glodalcih, ampak tudi pri ljudeh. V ta namen so raziskovalci, ki jih vodi profesor Gage, pred kratkim opravili senzacionalno delo. V eni od ameriških klinik za raka je skupina bolnikov z neozdravljivimi malignimi novotvorbami vzela kemoterapevtsko zdravilo bromodioksiridin. Ta snov ima pomembno lastnost - sposobnost, da se kopiči v delilnih celicah različnih organov in tkiv. Bromodioksiridin je vključen v DNA matične celice in shranjen v hčerinskih celicah po delitvi matične celice. Patološka preiskava je pokazala, da nevroni, ki vsebujejo bromodioksiridin, najdemo v skoraj vseh delih možganov, vključno s možgansko skorjo. To pomeni, da so bili ti nevroni nove celice, ki so se pojavile med delitvijo matičnih celic. Ugotovitev je brezpogojno potrdila, da se proces nevrogeneze pojavlja pri odraslih. Če pa imajo glodalci nevrogeneze le v hipokampusu, potem pri ljudeh je verjetno, da lahko zajame večje dele možganov, vključno z lubjem velikih polobel. Nedavne študije so pokazale, da se lahko novi nevroni v odraslih možganih oblikujejo ne samo iz nevralnih matičnih celic, ampak tudi iz krvnih matičnih celic. Odkritje tega pojava je povzročilo evforijo v znanstvenem svetu. Vendar pa je publikacija v reviji Nature oktobra 2003 v veliki meri ohladila navdušene misli. Izkazalo se je, da krvne matične celice prodirajo v možgane, vendar se ne spremenijo v nevrone, ampak se združijo z njimi in tvorijo binuklearne celice. Nato se uniči "staro" jedro nevrona, ki ga nadomesti "novo" jedro krvne matične celice. V organizmu podgane se izvorne celice krvi večinoma spajajo z velikanskimi celicami cerebeluma - celic Purkinje, vendar se to zgodi zelo redko: v celem mozgu se lahko najde le nekaj fuzijskih celic. Intenzivnejša fuzija nevronov se pojavi v jetrih in srčni mišici. Čeprav je popolnoma nerazumljivo, kakšen je fiziološki pomen tega? Ena hipoteza je, da krvne matične celice nosijo s seboj nov genetski material, ki, ko vstopi v "staro" celico majhnega mozga, podaljša njegovo življenje.

Torej lahko novi nevroni izvirajo iz matičnih celic celo v možganih odraslega. Ta pojav se že pogosto uporablja za zdravljenje različnih nevrodegenerativnih bolezni (bolezni, ki vključujejo smrt nevronov v možganih). Pripravki matičnih celic za presaditev so pridobljeni na dva načina. Prva je uporaba nevralnih matičnih celic, ki se tako v zarodku kot odraslem človeku nahajajo okoli možganskih prekatov. Drugi pristop je uporaba embrionalnih matičnih celic. Te celice se nahajajo v notranji celični masi v zgodnji fazi nastajanja zarodkov. Lahko se preoblikujejo v skoraj vsako celico telesa. Največja težava pri delu z zarodnimi celicami je, da jih prisili, da se spremenijo v nevrone. Nove tehnologije omogočajo.

V nekaterih medicinskih ustanovah v ZDA so »knjižnice« nevronskih matičnih celic, ki izvirajo iz zarodnega tkiva, že nastale in se presadijo bolnikom. Prvi poskusi presaditve dajejo pozitivne rezultate, čeprav danes zdravniki ne morejo rešiti glavnega problema takih presaditev: neomejena reprodukcija matičnih celic v 30-40% primerov vodi do nastanka malignih tumorjev. Nobenega pristopa še ni bilo, da bi preprečili takšen neželeni učinek. Kljub temu pa bo presaditev matičnih celic nedvomno eden glavnih pristopov pri zdravljenju nevrodegenerativnih bolezni, kot sta Alzheimerjeva in Parkinsonova bolezen, ki sta postali nadlogi razvitih držav..