Obnovujú sa nervové bunky

Populárny výraz „Nervové bunky nie sú obnovené“ vníma už od detstva ako nemenná pravda. Táto axióma však nie je nič viac ako mýtus a nové vedecké údaje to vyvracajú..

Príroda kladie v rozvíjajúcom sa mozgu veľmi vysokú mieru bezpečnosti: počas embryogenézy vzniká veľký prebytok neurónov. Takmer 70% z nich zomrie pred narodením dieťaťa. Ľudský mozog naďalej stráca neuróny a po narodení počas života. Takáto bunková smrť je geneticky naprogramovaná. Samozrejme, že nielen neuróny umierajú, ale aj iné bunky v tele. Iba všetky ostatné tkanivá majú vysokú regeneračnú schopnosť, to znamená, že ich bunky sa delia a nahrádzajú mŕtvych. Proces regenerácie je najaktívnejší v epitelových bunkách a krvotvorných orgánoch (červená kostná dreň). Existujú však bunky, v ktorých sú blokované gény zodpovedné za reprodukciu delením. Okrem neurónov tieto bunky zahŕňajú bunky srdcového svalu. Ako ľudia dokážu zachovať intelekt až do veľmi pokročilých rokov, ak nervové bunky umierajú a nie sú aktualizované?

Jedno možné vysvetlenie: v nervovom systéme, nie všetci pracujú v rovnakom čase, ale iba 10% neurónov. Táto skutočnosť je často citovaná v populárnej aj vedeckej literatúre. Opakovane som musel o tomto vyhlásení diskutovať so svojimi domácimi a zahraničnými kolegami. A nikto z nich nevie, odkiaľ táto postava prišla. Každá bunka žije a „pracuje“. V každom neuróne sa metabolické procesy vyskytujú vždy, proteíny sa syntetizujú, generujú a prenášajú nervové impulzy. Preto ponechajme hypotézu "pokojových" neurónov a vráťme sa k jednej z vlastností nervového systému, konkrétne k jeho výnimočnej plasticite..

Význam plasticity spočíva v tom, že funkcie mŕtvych nervových buniek preberajú ich pozostalí kolegovia, ktorí zväčšujú veľkosť a vytvárajú nové spojenia, čím kompenzujú stratené funkcie. Vysoká, ale nie neobmedzená účinnosť takejto kompenzácie môže byť ilustrovaná príkladom Parkinsonovej choroby, pri ktorej dochádza k postupnej smrti neurónov. Ukazuje sa, že kým asi 90% neurónov nezomrie v mozgu, klinické príznaky ochorenia (chvenie končatín, obmedzenie pohyblivosti, nestabilná chôdza, demencia) sa neobjavia, to znamená, že osoba vyzerá prakticky zdravo. Takže jedna živá nervová bunka môže nahradiť deväť mŕtvych.

Ale plasticita nervového systému nie je jediným mechanizmom, ktorý umožňuje zachovanie intelektu v extrémnom starobe. Príroda má aj rezervnú možnosť - vznik nových nervových buniek v mozgu dospelých cicavcov alebo neurogenézu.

Prvá správa o neurogenéze sa objavila v roku 1962 v prestížnom vedeckom časopise "Science". Článok bol nazvaný „Sú v mozgu dospelých cicavcov tvorené nové neuróny?“. Jeho autor, profesor Joseph Oltman z Purdue University (USA), používajúci elektrický prúd, zničil jednu zo štruktúr mozgu potkana (bočné genikulárne telo) a vstrekol tam rádioaktívnu látku, ktorá preniká do novo vznikajúcich buniek. O niekoľko mesiacov neskôr vedec objavil nové rádioaktívne neuróny v talame (prednom mozgu) a mozgovej kôre. Počas nasledujúcich siedmich rokov Altman publikoval niekoľko ďalších dokumentov dokazujúcich existenciu neurogenézy v mozgu dospelých cicavcov. V šesťdesiatych rokoch minulého storočia však jeho práca spôsobila u neurovedcov len skepticizmus, ich vývoj však nenasledoval..

A o dvadsať rokov neskôr bola neurogenéza opäť "objavená", ale už v mozgu vtákov. Mnohí výskumníci spevavých vtákov venovali pozornosť tomu, že počas každého obdobia párenia spieva samec Canary Serinus canaria pieseň s novými „kolenami“. Navyše neprijíma nové náklonnosti od svojich kolegov, pretože piesne boli aktualizované izolovane. Vedci začali podrobne študovať hlavné vokálne centrum vtákov, ktoré sa nachádza v špeciálnej časti mozgu, a zistili, že na konci obdobia párenia (v kanáloch, ktoré spadajú v auguste a januári) zomrela významná časť neurónov vokálneho centra, pravdepodobne v dôsledku nadmerného funkčného zaťaženia. , V polovici osemdesiatych rokov dokázal profesor Fernando Nottebum z Rockefellerovej univerzity (USA) dokázať, že v dospelých mužských kanárkoch sa proces neurogenézy vyskytuje neustále vo vokálnom centre, ale počet vytvorených neurónov podlieha sezónnym výkyvom. Vrchol neurogenézy v kanáloch je v októbri a marci, teda dva mesiace po období párenia. Preto je pravidelne aktualizovaná „knižnica“ mužských kanárskych piesní..

Koncom 80. rokov sa neurogenéza zistila aj u dospelých obojživelníkov v laboratóriu Leningradského vedca profesora A.L. polenové.

Odkiaľ pochádzajú nové neuróny, ak sa nervové bunky nerozdeľujú? Zdrojom neurónov u vtákov a obojživelníkov boli neurónové kmeňové bunky komôrkovej steny. Počas vývoja embrya sú z týchto buniek tvorené bunky nervového systému: neuróny a gliálne bunky. Ale nie všetky kmeňové bunky sa zmenia na bunky nervového systému - niektoré sú „skryté“ a čakajú na krídlach.

Ako bolo ukázané, nové neuróny vznikajú z kmeňových buniek dospelého organizmu a nižších stavovcov. Trvalo však takmer pätnásť rokov, kým sa dokázalo, že podobný proces sa vyskytuje v nervovom systéme cicavcov..

Vývoj neurovedy na začiatku 90. rokov viedol k objaveniu „novorodencov“ neurónov v mozgu dospelých potkanov a myší. Nachádzali sa prevažne v evolučných starodávnych častiach mozgu: čuchové žiarovky a kôra hipokampu, ktoré sú zodpovedné hlavne za emocionálne správanie, reakciu na stres a reguláciu sexuálnych funkcií cicavcov..

Podobne ako u vtákov a nižších stavovcov, aj u cicavcov sa neurónové kmeňové bunky nachádzajú v blízkosti laterálnych komôr mozgu. Ich znovuzrodenie do neurónov je veľmi intenzívne. U dospelých potkanov sa z kmeňových buniek mesačne vytvorí približne 250 000 neurónov, čo nahradí 3% všetkých hipokampálnych neurónov. Životnosť takýchto neurónov je veľmi vysoká - až 112 dní. Kmeňové neurónové bunky prekonávajú dlhú cestu (asi 2 cm). Sú tiež schopní migrovať do čuchovej brušky, kde sa menia na neuróny.

Cicavčie cibule cicavcov sú zodpovedné za vnímanie a prvotné spracovanie rôznych pachov, vrátane rozpoznávania feromónov - látok, ktoré sú podobné chemickým zložením ako pohlavné hormóny. Sexuálne správanie hlodavcov je primárne regulované produkciou feromónov. Hippocampus sa nachádza pod hemisférami mozgu. Funkcie tejto komplexne organizovanej štruktúry sú spojené s tvorbou krátkodobej pamäte, realizáciou určitých emócií a účasťou na formovaní sexuálneho správania. Prítomnosť permanentnej neurogenézy u potkanov v čuchovej bulvári a hipokampuse sa vysvetľuje tým, že tieto štruktúry nesú hlavnú funkčnú záťaž u hlodavcov. Preto nervové bunky v nich často umierajú, čo znamená, že je potrebné ich aktualizovať..

S cieľom pochopiť, aké podmienky ovplyvňujú neurogenézu v hipokampuse a čuchovej žiarovke, profesor Gage z University of Salk (USA) postavil miniatúrne mesto. Myši tam hrali, zaoberali sa telesnou kultúrou, hľadali východy z labyrintov. Ukázalo sa, že u „mestských“ myší sa nové neuróny objavili v oveľa väčšom počte ako u pasívnych príbuzných, ktorí boli unavení z rutinného života vo viváriu..

Kmeňové bunky môžu byť extrahované z mozgu a presadené do inej časti nervového systému, kde sa premenia na neuróny. Profesor Gage a jeho kolegovia vykonali niekoľko podobných experimentov, z ktorých najpôsobivejšie boli nasledujúce. Časť mozgového tkaniva obsahujúca kmeňové bunky sa transplantovala do sietnice zničeného potkana. (Fotosenzitívna vnútorná stena oka má „nervózny“ pôvod: pozostáva z modifikovaných neurónov - tyčiniek a kužeľov. Keď je fotosenzitívna vrstva zničená, zasiahne sa slepota). Okrem toho počas transplantácie kmeňových buniek mozgu do neporušeného oka nedošlo u nich k žiadnym transformáciám. Je pravdepodobné, že ak je sietnica poškodená, produkujú sa niektoré látky (napríklad tzv. Rastové faktory), ktoré stimulujú neurogenézu. Presný mechanizmus tohto javu však stále nie je jasný..

Vedci boli konfrontovaní s úlohou ukázať, že neurogenéza sa vyskytuje nielen u hlodavcov, ale aj u ľudí. Na tento účel vedci vedený profesorom Gage nedávno vykonali senzačnú prácu. V jednom z amerických onkologických kliník skupina pacientov s nevyliečiteľnými malígnymi neoplazmami brala chemoterapeutický liek brómdioxyuridín. Táto látka má dôležitú vlastnosť - schopnosť hromadiť sa v deliacich sa bunkách rôznych orgánov a tkanív. Brómdioxyuridín je začlenený do DNA materskej bunky a uložený v dcérskych bunkách po rozdelení materskej bunky. Patologické vyšetrenie ukázalo, že neuróny obsahujúce brómdioxyuridín sa nachádzajú takmer vo všetkých častiach mozgu, vrátane mozgovej kôry. To znamená, že tieto neuróny boli nové bunky, ktoré sa objavili počas delenia kmeňových buniek. Zistenie bezpodmienečne potvrdilo, že proces neurogenézy sa vyskytuje u dospelých. Ak však hlodavce majú neurogenézu len v hipokampuse, potom u ľudí je pravdepodobné, že dokáže zachytiť väčšie oblasti mozgu, vrátane kôry veľkých hemisfér. Nedávne štúdie ukázali, že nové neuróny v dospelom mozgu sa môžu tvoriť nielen z nervových kmeňových buniek, ale aj z kmeňových buniek krvi. Objav tohto fenoménu spôsobil eufóriu vo vedeckom svete. Publikácia v časopise Nature v októbri 2003 však do značnej miery ochladila nadšenú myseľ. Ukázalo sa, že krvné kmeňové bunky prenikajú do mozgu, ale nezmenia sa na neuróny, ale spájajú sa s nimi, pričom tvoria binukleárne bunky. Potom je zničené „staré“ jadro neurónu a je nahradené „novým“ jadrom krvnej kmeňovej bunky. V organizme potkana sa kmeňové bunky krvi väčšinou spájajú s obrovskými bunkami cerebellum - Purkyňových buniek, avšak toto sa stáva veľmi zriedkavo: v celom mozočku sa nachádza len niekoľko fúzovaných buniek. Intenzívnejšia fúzia neurónov sa vyskytuje v pečeni a srdcovom svale. Hoci je to úplne nepochopiteľné, aký je to fyziologický význam? Jedna hypotéza je, že krvné kmeňové bunky nesú so sebou nový genetický materiál, ktorý sa dostáva do "starej" bunky mozočku a predlžuje jej životnosť..

Takže nové neuróny môžu vznikať z kmeňových buniek aj v mozgu dospelého. Tento fenomén sa už široko používa na liečbu rôznych neurodegeneratívnych ochorení (chorôb zahŕňajúcich smrť neurónov v mozgu). Prípravy kmeňových buniek na transplantáciu sa získajú dvoma spôsobmi. Prvým je použitie nervových kmeňových buniek, ktoré sú v embryu aj dospelej osobe umiestnené okolo mozgových komôr. Druhým prístupom je použitie embryonálnych kmeňových buniek. Tieto bunky sa nachádzajú vo vnútornej bunkovej hmote v počiatočnom štádiu tvorby embrya. Sú schopní premeniť sa na takmer akúkoľvek bunku v tele. Najväčší problém pri práci s embryonálnymi bunkami je donútiť ich transformovať sa na neuróny. Nové technológie umožňujú.

V niektorých zdravotníckych zariadeniach v USA sa už vytvorili „knižnice“ neuronálnych kmeňových buniek odvodených z germinálneho tkaniva a transplantujú sa pacientom. Prvé pokusy o transplantáciu prinášajú pozitívne výsledky, aj keď dnes lekári nedokážu vyriešiť hlavný problém takýchto transplantácií: neobmedzená reprodukcia kmeňových buniek v 30-40% prípadov vedie k vzniku zhubných nádorov. Zatiaľ nebol nájdený žiadny prístup, ktorý by zabránil takémuto vedľajšiemu účinku. Napriek tomu bude transplantácia kmeňových buniek nepochybne jedným z hlavných prístupov v liečbe neurodegeneratívnych ochorení, ako je Alzheimerova choroba a Parkinsonova choroba, ktoré sa stali pohromou rozvinutých krajín..