Oporavljaju se živčane stanice

Popularni izraz "živčane stanice se ne obnavljaju" doživljava se od djetinjstva kao nepromjenjiva istina. Međutim, taj aksiom nije ništa drugo nego mit, a novi znanstveni podaci to opovrgavaju..

Priroda u razvoju mozga postavlja vrlo visoku granicu sigurnosti: tijekom embriogeneze nastaje veliki višak neurona. Gotovo 70% njih umire prije rođenja djeteta. Ljudski mozak nastavlja gubiti neurone i nakon rođenja, tijekom cijelog života. Takva stanična smrt genetski je programirana. Naravno, ne umiru samo neuroni, nego i druge stanice u tijelu. Samo sva druga tkiva imaju visoku sposobnost regeneracije, tj. Njihove se stanice dijele, zamjenjujući mrtve. Proces regeneracije je najaktivniji u epitelnim stanicama i krvotvornim organima (crvena koštana srž). Ali postoje stanice u kojima su blokirani geni odgovorni za reprodukciju podjelom. Osim neurona, te stanice uključuju stanice srčanog mišića. Kako ljudi uspijevaju očuvati intelekt do vrlo naprednih godina, ako živčane stanice umru i ne ažuriraju se?

Jedno moguće objašnjenje: u živčanom sustavu, ne rade svi istovremeno, već samo 10% neurona. Ta se činjenica često navodi u popularnoj, pa čak iu znanstvenoj literaturi. Više puta sam morao razgovarati o ovoj izjavi s mojim domaćim i stranim kolegama. I nitko od njih ne razumije odakle je ta figura. Svaka stanica istovremeno živi i "djeluje". U svakom neuronu stalno se odvijaju metabolički procesi, proteini se sintetiziraju, generiraju se i prenose živčani impulsi. Stoga, ostavljajući hipotezu o "odmarajućim" neuronima, okrenimo se jednom od svojstava živčanog sustava, to jest njegovoj izuzetnoj plastičnosti..

Smisao plastičnosti je da funkcije mrtvih živčanih stanica preuzimaju njihove preživjele kolege, koje se povećavaju i formiraju nove veze, kompenzirajući izgubljene funkcije. Visoka, ali ne i neograničena djelotvornost takve kompenzacije može se ilustrirati primjerom Parkinsonove bolesti u kojoj postoji postupna smrt neurona. Ispostavlja se da do 90% neurona ne umre u mozgu, ali se ne pojavljuju klinički simptomi bolesti (drhtanje udova, ograničenje pokretljivosti, nestabilan hod, demencija), odnosno osoba izgleda praktički zdrava. Tako jedna živa živčana stanica može zamijeniti devet mrtvih.

Ali plastičnost živčanog sustava nije jedini mehanizam koji omogućuje očuvanje intelekta u ekstremnoj starosti. Priroda također ima rezervnu mogućnost - pojavu novih živčanih stanica u mozgu odraslih sisavaca ili neurogenezu.

Prvo izvješće o neurogenezi pojavilo se 1962. godine u prestižnom znanstvenom časopisu "Science". Članak je naslovljen "Jesu li u mozgu odraslih sisavaca stvoreni novi neuroni?". Njegov autor, profesor Joseph Oltman sa Sveučilišta Purdue (SAD), koristeći električnu struju, uništio je jednu od struktura mozga štakora (lateralno genikulirajuće tijelo) i tamo ubrizgao radioaktivnu tvar koja prodire u stanice koje se tek pojavljuju. Nekoliko mjeseci kasnije, znanstvenik je otkrio nove radioaktivne neurone u thalamusu (prednjem mozgu) i cerebralnom korteksu. Tijekom sljedećih sedam godina, Altman je objavio još nekoliko radova koji dokazuju postojanje neurogeneze u mozgu odraslih sisavaca. Međutim, 60-ih godina njegov je rad izazvao samo skepticizam među neuroznanstvenicima, a njihov razvoj nije uslijedio..

I samo dvadeset godina kasnije, neurogeneza je ponovno "otkrivena", ali već u mozgu ptica. Mnogi istraživači pjevica pjevali su pozornost na činjenicu da tijekom sezone parenja muški kanarinac Serinus canaria pjeva pjesmu s novim "koljenima". Štoviše, ne usvaja nove trilere od svojih prijatelja, jer su pjesme ažurirane izolirano. Znanstvenici su počeli detaljno proučavati glavno vokalno središte ptica, smješteno u posebnom dijelu mozga, i otkrili da je na kraju sezone parenja (u kanarincima pada u kolovozu i siječnju) značajan dio neurona vokalnog centra umro, vjerojatno zbog prekomjernog funkcionalnog opterećenja. , Sredinom 1980-ih, profesor Fernando Nottebum sa Sveučilišta Rockefeller (SAD) pokazao je da se u odraslih muških kanaraca proces neurogeneze stalno javlja u vokalnom centru, ali broj formiranih neurona podložan je sezonskim fluktuacijama. Vrhunac neurogeneze u kanarincima je u listopadu i ožujku, odnosno dva mjeseca nakon sezona parenja. Zato se redovito ažurira "knjižnica" muških kanarskih pjesama..

Krajem osamdesetih godina, neurogeneza je također otkrivena u odraslih vodozemaca u laboratoriju lenjingradskog znanstvenika profesora A.L. Polenova.

Odakle dolaze novi neuroni ako se živčane stanice ne dijele? Izvor neurona u ptica i vodozemaca bio je neuronske matične stanice ventrikularne stijenke. Tijekom razvoja embrija, od tih se stanica stvaraju stanice živčanog sustava: neuroni i glijalne stanice. Ali nisu sve matične stanice pretvorene u stanice živčanog sustava - neke od njih su "skrivene" i čekaju u krilima.

Kao što je pokazano, novi neuroni izlaze iz matičnih stanica odraslog organizma i nižih kralježnjaka. Međutim, trebalo je gotovo petnaest godina da se dokaže da se sličan proces događa u živčanom sustavu sisavaca..

Razvoj neuroznanosti početkom 1990-ih doveo je do otkrića "novorođenih" neurona u mozgu odraslih štakora i miševa. Pronađeni su uglavnom u evolucijskim drevnim dijelovima mozga: mirisne lukovice i korteks hipokampusa, koji su uglavnom odgovorni za emocionalno ponašanje, reakciju na stres i regulaciju seksualnih funkcija sisavaca..

Poput ptica i donjih kralježnjaka, kod sisavaca, neuronske matične stanice nalaze se u blizini bočnih komora mozga. Njihovo ponovno rođenje u neuronima je vrlo intenzivno. U odraslih štakora, oko 250.000 neurona se formira iz matičnih stanica mjesečno, zamjenjujući 3% svih neurona hipokampusa. Životni vijek takvih neurona je vrlo visok - do 112 dana. Matične neuronske stanice prevladavaju dugačak put (oko 2 cm). Oni također mogu migrirati u mirisnu lukovicu, pretvarajući se u neurone tamo.

Mirisne lukovice sisavaca odgovorne su za percepciju i primarnu obradu raznih mirisa, uključujući i prepoznavanje feromona - tvari koje su po kemijskom sastavu slične spolnim hormonima. Seksualno ponašanje glodavaca regulirano je prvenstveno proizvodnjom feromona. Hipokampus se nalazi ispod hemisfera mozga. Funkcije ove kompleksno organizirane strukture povezane su s formiranjem kratkoročne memorije, realizacijom određenih emocija i sudjelovanjem u formiranju seksualnog ponašanja. Prisutnost stalne neurogeneze u štakora u mirisnoj lukovici i hipokampusu objašnjava se činjenicom da ove strukture nose glavno funkcionalno opterećenje kod glodavaca. Dakle, živčane stanice u njima često umiru, što znači da ih je potrebno ažurirati..

Kako bi razumjeli koji uvjeti utječu na neurogenezu u hipokampusu i mirisnoj lukovici, profesor Gage sa Sveučilišta Salk (SAD) izgradio je minijaturni grad. Tamo su se igrali miševi, baveći se fizičkom kulturom, tražili izlaze iz labirinata. Pokazalo se da su se u '' urbanim '' miševima novi neuroni pojavljivali u mnogo većem broju nego u njihovim pasivnim rođacima, zaplavljenim u rutinskom životu u vivariju.

Matične stanice mogu se izdvojiti iz mozga i presaditi u drugi dio živčanog sustava, gdje će se pretvoriti u neurone. Profesor Gage i njegovi kolege proveli su nekoliko sličnih eksperimenata, od kojih je najimpresivniji bio sljedeći. Dio tkiva mozga koji sadrži matične stanice transplantiran je u retinu oštećene štakorima. (Osjetljivi unutarnji zid oka ima "nervozno" podrijetlo: sastoji se od modificiranih neurona - štapova i čunjeva. Kad je fotosenzitivni sloj uništen, dolazi do sljepoće.) Transplantirane moždane matične stanice pretvorene su u neurone mrežnice, njihovi su dodaci došli do optičkog živca, a štakor je previdio! Štoviše, tijekom transplantacije matičnih stanica mozga u netaknuto oko, nisu se dogodile nikakve transformacije s njima. Vrlo je vjerojatno da se, ako je mrežnica oštećena, proizvode neke tvari (na primjer, takozvani faktori rasta) koji stimuliraju neurogenezu. Međutim, točan mehanizam ove pojave još uvijek nije jasan..

Znanstvenici su bili suočeni sa zadatkom da pokažu da se neurogeneza događa ne samo kod glodavaca, već i kod ljudi. U tu svrhu istraživači pod vodstvom profesora Gagea nedavno su izveli senzacionalni rad. U jednoj od američkih klinika za rak, skupina pacijenata s neizlječivim malignim neoplazmama uzela je kemoterapijski lijek bromodioksiridin. Ova tvar ima važno svojstvo - sposobnost da se akumulira u dijeljenim stanicama različitih organa i tkiva. Bromodioksiridin je ugrađen u DNK matične stanice i pohranjen u stanicama kćeri nakon podjele matične stanice. Patološko ispitivanje pokazalo je da se neuroni koji sadrže bromodioksiridin nalaze u gotovo svim dijelovima mozga, uključujući i moždani korteks. To znači da su ti neuroni nove stanice koje su se pojavile tijekom podjele matičnih stanica. Otkriće je bezuvjetno potvrdilo da se proces neurogeneze javlja u odraslih. Ali ako glodavci imaju neurogenezu samo u hipokampusu, onda u ljudima, vrlo je vjerojatno da može uhvatiti veće površine mozga, uključujući i koru velikih hemisfera. Novija istraživanja su pokazala da se novi neuroni u mozgu odraslih mogu formirati ne samo iz živčanih matičnih stanica, nego i iz matičnih stanica krvi. Otkriće ovog fenomena izazvalo je euforiju u znanstvenom svijetu. Međutim, objavljivanje u časopisu Nature u listopadu 2003. uglavnom je hladilo oduševljene umove. Pokazalo se da krvne matične stanice prodiru u mozak, ali se ne pretvaraju u neurone, već se spajaju s njima, stvarajući binuklearne stanice. Tada se uništava "stara" jezgra neurona, a ona se zamjenjuje "novom" jezgrom matičnih stanica krvi. U organizmu štakora, matične stanice krvi uglavnom se spajaju s divovskim stanicama malog mozga - Purkinjeovim stanicama, međutim, to se događa vrlo rijetko: samo se nekoliko spojenih stanica može naći u cijelom malom mozgu. Intenzivnija fuzija neurona javlja se u jetri i srčanom mišiću. Iako je potpuno nerazumljivo, koje je fiziološko značenje ovoga? Jedna hipoteza je da matične stanice krvi nose sa sobom novi genetski materijal, koji, ulazeći u "staru" ćeliju malog mozga, produžava njegov život.

Dakle, novi neuroni mogu nastati iz matičnih stanica čak iu mozgu odrasle osobe. Ovaj fenomen se već često koristi za liječenje raznih neurodegenerativnih bolesti (bolesti koje uključuju smrt neurona u mozgu). Pripravci matičnih stanica za transplantaciju dobivaju se na dva načina. Prva je uporaba živčanih matičnih stanica, koje su i u embriju i kod odrasle osobe smještene oko moždanih komora. Drugi pristup je uporaba embrionalnih matičnih stanica. Ove se stanice nalaze u unutarnjoj staničnoj masi u ranoj fazi stvaranja embrija. Oni se mogu transformirati u gotovo svaku stanicu u tijelu. Najveća poteškoća u radu s embrionalnim stanicama je prisiliti ih da se transformiraju u neurone. Nove tehnologije to omogućuju.

U nekim medicinskim ustanovama u SAD-u, "knjižnice" neuronskih matičnih stanica izvedene iz zametnog tkiva već su formirane i transplantirane pacijentima. Prvi pokušaji transplantacije daju pozitivne rezultate, iako danas liječnici ne mogu riješiti glavni problem takvih transplantacija: neobuzdana reprodukcija matičnih stanica u 30-40% slučajeva dovodi do stvaranja malignih tumora. Nije pronađen nijedan pristup koji bi spriječio takvo popratno djelovanje. No, unatoč tome, transplantacija matičnih stanica nesumnjivo će biti jedan od glavnih pristupa u liječenju neurodegenerativnih bolesti poput Alzheimerove i Parkinsonove bolesti, koje su postale pošast razvijenih.