Nervne ćelije se obnavljaju

2024 Autor: Seth Attwood | [email protected]. Zadnja izmjena: 2023-12-16 15:59

Popularni izraz "Nervne ćelije se ne oporavljaju" svi od djetinjstva doživljavaju kao nepromjenjivu istinu. Međutim, ovaj aksiom nije ništa drugo do mit, a novi naučni podaci ga opovrgavaju.

Priroda u mozgu u razvoju polaže vrlo visoku granicu sigurnosti: tokom embriogeneze formira se veliki višak neurona. Gotovo 70% njih umre prije rođenja djeteta. Ljudski mozak nastavlja gubiti neurone nakon rođenja, tokom cijelog života. Ova ćelijska smrt je genetski programirana. Naravno, ne umiru samo neuroni, već i druge ćelije u tijelu. Samo sva ostala tkiva imaju visok regenerativni kapacitet, odnosno njihove ćelije se dijele, zamjenjujući mrtve.

Proces regeneracije je najaktivniji u ćelijama epitela i hematopoetskih organa (crvena koštana srž). Ali postoje stanice u kojima su geni odgovorni za reprodukciju diobom blokirani. Pored neurona, ove ćelije uključuju ćelije srčanog mišića. Kako ljudi uspijevaju sačuvati inteligenciju do duboke starosti, ako nervne ćelije umiru i ne obnavljaju se?

Jedno od mogućih objašnjenja: ne "rade" svi neuroni istovremeno u nervnom sistemu, već samo 10% neurona. Ova činjenica se često citira u popularnoj, pa čak i naučnoj literaturi. O ovoj izjavi sam više puta morao da razgovaram sa svojim domaćim i stranim kolegama. I niko od njih ne razume odakle je ova cifra došla. Svaka ćelija živi i "radi" u isto vrijeme. U svakom neuronu se stalno odvijaju metabolički procesi, sintetiziraju se proteini, stvaraju i prenose nervni impulsi. Stoga, napuštajući hipotezu o "mirujućim" neuronima, okrenimo se jednom od svojstava nervnog sistema, odnosno njegovoj izuzetnoj plastičnosti.

Smisao plastičnosti je da funkcije mrtvih nervnih ćelija preuzimaju njihove preživjele "kolege", koje se povećavaju i formiraju nove veze, nadoknađujući izgubljene funkcije. Visoka, ali ne i beskonačna efikasnost takve kompenzacije može se ilustrovati na primjeru Parkinsonove bolesti, kod koje dolazi do postepenog odumiranja neurona. Ispostavilo se da sve dok oko 90% neurona u mozgu ne umre, klinički simptomi bolesti (drhtanje udova, ograničenje pokretljivosti, nesiguran hod, demencija) se ne pojavljuju, odnosno osoba izgleda praktički zdravo. To znači da jedna živa nervna ćelija može zamijeniti devet mrtvih.

Ali plastičnost nervnog sistema nije jedini mehanizam koji omogućava očuvanje inteligencije do duboke starosti. Priroda također ima rezervni dio - pojavu novih nervnih ćelija u mozgu odraslih sisara, odnosno neurogenezu.

Prvi izvještaj o neurogenezi pojavio se 1962. godine u prestižnom naučnom časopisu Science. Članak je naslovljen "Da li se novi neuroni formiraju u mozgu odraslih sisara?" Njegov autor, profesor Joseph Altman sa Univerziteta Purdue (SAD), uz pomoć električne struje uništio je jednu od struktura mozga pacova (bočno koljeno tijelo) i tamo ubrizgao radioaktivnu supstancu koja prodire u novonastale stanice. Nekoliko mjeseci kasnije, naučnik je otkrio nove radioaktivne neurone u talamusu (dio prednjeg mozga) i moždanoj kori. U narednih sedam godina, Altman je objavio još nekoliko studija koje dokazuju postojanje neurogeneze u mozgu odraslih sisara. Međutim, tada, 1960-ih, njegov rad je izazvao samo skepticizam među neuroznanstvenicima, njihov razvoj nije uslijedio.

I samo dvadeset godina kasnije neurogeneza je "ponovno otkrivena", ali već u mozgu ptica. Mnogi istraživači ptica pevačica primetili su da tokom svake sezone parenja mužjak kanarinca Serinus canaria peva pesmu sa novim "kolenima". Štaviše, ne usvaja nove trilove od svojih kolega, jer su pjesme ažurirane čak i u izolaciji. Naučnici su počeli detaljno proučavati glavni vokalni centar ptica, koji se nalazi u posebnom dijelu mozga, i otkrili da se na kraju sezone parenja (kod kanarinaca to događa u kolovozu i januaru), značajan dio neurona vokalni centar je umro, vjerovatno zbog prevelikog funkcionalnog opterećenja… Sredinom 1980-ih, profesor Fernando Notteboom sa Univerziteta Rockefeller (SAD) uspio je pokazati da se kod odraslih mužjaka kanarinca proces neurogeneze odvija u vokalnom centru stalno, ali je broj formiranih neurona podložan sezonskim fluktuacijama. Vrhunac neurogeneze kod kanarinca se javlja u oktobru i martu, odnosno dva mjeseca nakon sezone parenja. Zato se „muzička biblioteka“pesama muškog kanarinca redovno ažurira.

Krajem 1980-ih, neurogeneza je otkrivena i kod odraslih vodozemaca u laboratoriji lenjingradskog naučnika profesora A. L. Polenova.

Odakle dolaze novi neuroni ako se nervne ćelije ne dijele? Ispostavilo se da su izvor novih neurona i kod ptica i kod vodozemaca neuronske matične ćelije sa zida ventrikula mozga. Tokom razvoja embriona, od ovih ćelija nastaju ćelije nervnog sistema: neuroni i glijalne ćelije. Ali ne pretvaraju se sve matične ćelije u ćelije nervnog sistema - neke od njih se "skrivaju" i čekaju na krilima.

Pokazalo se da novi neuroni nastaju iz matičnih stanica odraslog organizma i nižih kralježnjaka. Međutim, bilo je potrebno skoro petnaest godina da se dokaže da se sličan proces dešava u nervnom sistemu sisara.

Napredak u neuronauci početkom 1990-ih doveo je do otkrića "novorođenih" neurona u mozgu odraslih pacova i miševa. Pronađeni su uglavnom u evolucijski drevnim dijelovima mozga: olfaktornim lukovicama i hipokampalnom korteksu, koji su uglavnom odgovorni za emocionalno ponašanje, odgovor na stres i regulaciju seksualnih funkcija sisara.

Baš kao i kod ptica i nižih kralježnjaka, kod sisara se neuronske matične ćelije nalaze u blizini lateralnih ventrikula mozga. Njihova transformacija u neurone je veoma intenzivna. Kod odraslih pacova, oko 250.000 neurona se formira iz matičnih ćelija mjesečno, zamjenjujući 3% svih neurona u hipokampusu. Životni vijek takvih neurona je vrlo visok - do 112 dana. Neuronske matične ćelije putuju dug put (oko 2 cm). Takođe su u stanju da migriraju do mirisne lukovice, pretvarajući se tamo u neurone.

Mirisne lukovice mozga sisara odgovorne su za percepciju i primarnu obradu različitih mirisa, uključujući i prepoznavanje feromona - tvari koje su po svom kemijskom sastavu bliske polnim hormonima. Seksualno ponašanje kod glodara prvenstveno je regulirano proizvodnjom feromona. Hipokampus se nalazi ispod moždanih hemisfera. Funkcije ove složene strukture povezane su sa formiranjem kratkoročnog pamćenja, realizacijom određenih emocija i učešćem u formiranju seksualnog ponašanja. Prisutnost stalne neurogeneze u olfaktornoj lukovici i hipokampusu kod štakora objašnjava se činjenicom da kod glodara ove strukture nose glavno funkcionalno opterećenje. Zbog toga nervne ćelije u njima često odumiru, što znači da ih je potrebno obnavljati.

Kako bi shvatio koji uvjeti utiču na neurogenezu u hipokampusu i olfaktornoj lukovici, profesor Gage sa Univerziteta Salk (SAD) izgradio je minijaturni grad. Miševi su se tu igrali, radili fizičku kulturu, tražili izlaze iz lavirinata. Pokazalo se da su kod "urbanih" miševa novi neuroni nastali u mnogo većem broju nego kod njihovih pasivnih rođaka, zaglibljenih u rutinskom životu u vivarijumu.

Matične ćelije se mogu ukloniti iz mozga i presaditi u drugi dio nervnog sistema, gdje postaju neuroni. Profesor Gage i njegove kolege izveli su nekoliko sličnih eksperimenata, od kojih je najupečatljiviji bio sljedeći. Dio moždanog tkiva koji sadrži matične ćelije presađen je u uništenu retinu oka štakora. (Unutrašnji zid oka osetljiv na svetlost ima "nervno" poreklo: sastoji se od modifikovanih neurona - štapića i čunjeva. Kada se sloj osetljiv na svetlost uništi, nastupa slepilo.) Transplantirane moždane matične ćelije pretvorene su u neurone mrežnjače., njihovi procesi su stigli do optičkog živca, a pacov je povratio vid! Štaviše, prilikom transplantacije moždanih matičnih ćelija u netaknuto oko, kod njih nije došlo do transformacije. Vjerovatno, kada je mrežnica oštećena, proizvode se neke tvari (na primjer, tzv. faktori rasta) koji stimuliraju neurogenezu. Međutim, tačan mehanizam ovog fenomena još uvijek nije jasan.

Naučnici su bili suočeni sa zadatkom da pokažu da se neurogeneza javlja ne samo kod glodara, već i kod ljudi. U tu svrhu, istraživači pod vodstvom profesora Gagea nedavno su obavili senzacionalan rad. U jednoj od američkih onkoloških klinika grupa pacijenata sa neizlječivim malignim neoplazmama uzimala je kemoterapijski lijek bromodioksiuridin. Ova tvar ima važno svojstvo - sposobnost akumulacije u stanicama koje se dijele različitih organa i tkiva. Bromodioksiuridin se ugrađuje u DNK matične ćelije i skladišti se u ćelijama kćeri nakon što se majčine ćelije podele. Patološka istraživanja su pokazala da se neuroni koji sadrže bromodioksiuridin nalaze u gotovo svim dijelovima mozga, uključujući i moždanu koru. Dakle, ovi neuroni su bile nove ćelije koje su nastale deobom matičnih ćelija. Nalaz je bezuslovno potvrdio da se proces neurogeneze javlja i kod odraslih. Ali ako se kod glodara neurogeneza javlja samo u hipokampusu, onda je kod ljudi vjerovatno da može zahvatiti opsežnija područja mozga, uključujući moždanu koru. Nedavne studije su pokazale da se novi neuroni u mozgu odrasle osobe mogu formirati ne samo od neuronskih matičnih stanica, već i od matičnih stanica krvi. Otkriće ovog fenomena izazvalo je euforiju u naučnom svijetu. Međutim, objava u časopisu "Nature" u oktobru 2003. ohladila je entuzijastične umove na mnogo načina. Ispostavilo se da krvne matične ćelije zaista prodiru u mozak, ali se ne pretvaraju u neurone, već se spajaju s njima, formirajući binuklearne ćelije. Tada se "staro" jezgro neurona uništava, a zamjenjuje ga "novo" jezgro matične ćelije krvi. U tijelu pacova krvne matične ćelije se uglavnom spajaju sa džinovskim ćelijama malog mozga - Purkinje ćelijama, iako se to dešava prilično rijetko: samo nekoliko spojenih ćelija može se naći u cijelom malom mozgu. Intenzivnije spajanje neurona događa se u jetri i srčanom mišiću. Još nije jasno koji je fiziološki smisao ovoga. Jedna od hipoteza je da matične ćelije krvi nose sa sobom novi genetski materijal, koji ulaskom u "staru" cerebelarnu ćeliju produžava njen život.

Dakle, novi neuroni mogu nastati iz matičnih ćelija čak iu mozgu odrasle osobe. Ovaj fenomen se već naširoko koristi u liječenju različitih neurodegenerativnih bolesti (bolesti praćenih odumiranjem neurona u mozgu). Preparati matičnih ćelija za transplantaciju dobijaju se na dva načina. Prvi je korištenje neuronskih matičnih stanica, koje se i kod embrija i kod odrasle osobe nalaze oko ventrikula mozga. Drugi pristup je korištenje embrionalnih matičnih stanica. Ove ćelije se nalaze u unutrašnjoj ćelijskoj masi u ranoj fazi formiranja embrija. Oni su u stanju da se transformišu u skoro svaku ćeliju u telu. Najveći izazov u radu sa embrionalnim ćelijama je navesti ih da se transformišu u neurone. Nove tehnologije to omogućavaju.

Neke bolnice u Sjedinjenim Državama već su formirale "biblioteke" neuronskih matičnih ćelija dobijenih iz embrionalnog tkiva i transplantiraju se pacijentima. Prvi pokušaji transplantacije daju pozitivne rezultate, iako danas liječnici ne mogu riješiti glavni problem takvih transplantacija: bujno umnožavanje matičnih stanica u 30-40% slučajeva dovodi do stvaranja malignih tumora. Još uvijek nije pronađen pristup koji bi spriječio ovu nuspojavu. No, unatoč tome, transplantacija matičnih stanica će nesumnjivo biti jedan od glavnih pristupa u liječenju neurodegenerativnih bolesti poput Alchajmerove i Parkinsonove bolesti, koje su postale pošast razvijenih zemalja.