Nervceller återställs

2024 Författare: Seth Attwood | [email protected]. Senast ändrad: 2023-12-16 16:17

Det populära uttrycket "Nervceller återhämtar sig inte" uppfattas av alla från barndomen som en oföränderlig sanning. Detta axiom är dock inget annat än en myt, och nya vetenskapliga data motbevisar det.

Naturen har en mycket hög säkerhetsmarginal i den utvecklande hjärnan: under embryogenes bildas ett stort överskott av neuroner. Nästan 70 % av dem dör innan ett barn föds. Den mänskliga hjärnan fortsätter att förlora nervceller efter födseln, under hela livet. Denna celldöd är genetiskt programmerad. Naturligtvis dör inte bara neuroner, utan även andra celler i kroppen. Endast alla andra vävnader har en hög regenerativ förmåga, det vill säga deras celler delar sig och ersätter de döda.

Regenereringsprocessen är mest aktiv i cellerna i epitelet och de hematopoetiska organen (röd benmärg). Men det finns celler där generna som ansvarar för reproduktion genom delning blockeras. Förutom neuroner inkluderar dessa celler hjärtmuskelns celler. Hur ska människor klara av att bevara intelligens till hög ålder, om nervceller dör och inte förnyas?

En av de möjliga förklaringarna: inte alla neuroner "arbetar" samtidigt i nervsystemet, utan bara 10% av neuroner. Detta faktum citeras ofta i populär och till och med vetenskaplig litteratur. Jag har upprepade gånger varit tvungen att diskutera detta uttalande med mina inhemska och utländska kollegor. Och ingen av dem förstår var denna siffra kom ifrån. Vilken cell som helst lever och "fungerar" samtidigt. I varje neuron pågår metabola processer hela tiden, proteiner syntetiseras, nervimpulser genereras och överförs. Låt oss därför, lämna hypotesen om "vilande" neuroner, vända oss till en av egenskaperna hos nervsystemet, nämligen till dess exceptionella plasticitet.

Meningen med plasticitet är att döda nervcellers funktioner tas över av deras överlevande "kollegor", som ökar i storlek och bildar nya kopplingar, vilket kompenserar för de förlorade funktionerna. Den höga, men inte oändliga effektiviteten av sådan kompensation kan illustreras av exemplet med Parkinsons sjukdom, där det sker en gradvis död av neuroner. Det visar sig att tills cirka 90% av nervcellerna i hjärnan dör, uppträder inte de kliniska symtomen på sjukdomen (darrande i armar och ben, begränsning av rörlighet, ostadig gång, demens), det vill säga personen ser praktiskt taget frisk ut. Det betyder att en levande nervcell kan ersätta nio döda.

Men nervsystemets plasticitet är inte den enda mekanismen som tillåter bevarandet av intelligens till en mogen ålder. Naturen har också en fallback - uppkomsten av nya nervceller i hjärnan hos vuxna däggdjur, eller neurogenes.

Den första rapporten om neurogenes dök upp 1962 i den prestigefyllda vetenskapliga tidskriften Science. Artikeln hade rubriken "Formas nya neuroner i hjärnan hos vuxna däggdjur?" Dess författare, professor Joseph Altman från Purdue University (USA), förstörde med hjälp av en elektrisk ström en av strukturerna i råttans hjärna (den laterala genikulära kroppen) och injicerade där ett radioaktivt ämne som penetrerar de nyligen framväxande cellerna. Några månader senare upptäckte forskaren nya radioaktiva neuroner i thalamus (en del av framhjärnan) och hjärnbarken. Under de kommande sju åren publicerade Altman flera studier som bevisade förekomsten av neurogenes i hjärnan hos vuxna däggdjur. Men då, på 1960-talet, orsakade hans arbete bara skepsis bland neuroforskare, deras utveckling följde inte.

Och bara tjugo år senare "återupptäcktes neurogenes", men redan i fåglarnas hjärna. Många sångfågelforskare har lagt märke till att under varje parningssäsong sjunger kanariehanen Serinus canaria en sång med nya "knän". Dessutom tar han inte emot nya triller från sina kamrater, eftersom sångerna uppdaterades även isolerat. Forskare började i detalj studera fåglarnas huvudvokalcentrum, beläget i en speciell del av hjärnan, och fann att i slutet av parningssäsongen (på kanarieöarna inträffar det i augusti och januari), en betydande del av nervcellerna i röstcentret dog, förmodligen på grund av överdriven funktionell belastning … I mitten av 1980-talet kunde professor Fernando Notteboom från Rockefeller University (USA) visa att hos vuxna manliga kanariefåglar sker neurogenesprocessen ständigt i vokalcentret, men antalet bildade neuroner är föremål för säsongsvariationer. Toppen av neurogenes hos kanariefåglar inträffar i oktober och mars, det vill säga två månader efter parningssäsonger. Det är därför som "musikbiblioteket" med den manliga kanarieängens sånger uppdateras regelbundet.

I slutet av 1980-talet upptäcktes neurogenes även hos vuxna amfibier i Leningrad-forskaren professor A. L. Polenovs laboratorium.

Var kommer nya neuroner ifrån om nervceller inte delar sig? Källan till nya neuroner hos både fåglar och amfibier visade sig vara neuronala stamceller från väggen i hjärnans ventriklar. Under embryots utveckling är det från dessa celler som nervsystemets celler bildas: neuroner och gliaceller. Men inte alla stamceller förvandlas till celler i nervsystemet - några av dem "gömmer sig" och väntar i vingarna.

Det har visat sig att nya neuroner uppstår från stamceller från den vuxna organismen och i lägre ryggradsdjur. Det tog dock nästan femton år att bevisa att en liknande process inträffar i däggdjurens nervsystem.

Framsteg inom neurovetenskap i början av 1990-talet ledde till upptäckten av "nyfödda" neuroner i hjärnan på vuxna råttor och möss. De hittades mestadels i de evolutionärt uråldriga delarna av hjärnan: luktlökarna och hippocampus cortex, som huvudsakligen är ansvariga för känslomässigt beteende, stressrespons och reglering av däggdjurs sexuella funktioner.

Precis som hos fåglar och lägre ryggradsdjur, hos däggdjur, är neuronala stamceller belägna nära hjärnans laterala ventriklar. Deras omvandling till neuroner är mycket intensiv. Hos vuxna råttor bildas cirka 250 000 neuroner från stamceller per månad, vilket ersätter 3% av alla neuroner i hippocampus. Livslängden för sådana neuroner är mycket hög - upp till 112 dagar. Neuronala stamceller färdas långt (cirka 2 cm). De kan också migrera till luktlöken och förvandlas till neuroner där.

Däggdjurshjärnans luktlökar är ansvariga för uppfattningen och primär bearbetning av olika lukter, inklusive igenkänning av feromoner - ämnen som i sin kemiska sammansättning är nära könshormoner. Sexuellt beteende hos gnagare regleras främst av produktionen av feromoner. Hippocampus ligger under hjärnhalvorna. Funktionerna hos denna komplexa struktur är förknippade med bildandet av korttidsminne, förverkligandet av vissa känslor och deltagande i bildandet av sexuellt beteende. Närvaron av konstant neurogenes i olfaktoriska glödlampan och hippocampus hos råttor förklaras av det faktum att hos gnagare bär dessa strukturer den huvudsakliga funktionella belastningen. Därför dör ofta nervcellerna i dem, vilket gör att de behöver förnyas.

För att förstå vilka förhållanden som påverkar neurogenes i hippocampus och luktlöken byggde professor Gage från Salk University (USA) en miniatyrstad. Mössen lekte där, gjorde idrott, letade efter utgångar från labyrinterna. Det visade sig att i "urbana" möss uppstod nya neuroner i ett mycket större antal än hos deras passiva släktingar, fast i ett rutinmässigt liv i ett vivarium.

Stamceller kan tas bort från hjärnan och transplanteras till en annan del av nervsystemet, där de blir neuroner. Professor Gage och hans kollegor genomförde flera liknande experiment, varav det mest imponerande var följande. En sektion av hjärnvävnad innehållande stamceller transplanterades in i den förstörda näthinnan i ett råttöga. (Ögats ljuskänsliga innervägg har ett "nervöst" ursprung: den består av modifierade neuroner - stavar och kottar. När det ljuskänsliga lagret förstörs inträder blindhet.) De transplanterade hjärnstamcellerna förvandlades till retinala nervceller, deras processer nådde synnerven och råttan återfick synen! Dessutom, när man transplanterade hjärnstamceller till ett intakt öga, skedde inga transformationer med dem. Förmodligen, när näthinnan skadas, produceras vissa ämnen (till exempel de så kallade tillväxtfaktorerna) som stimulerar neurogenes. Den exakta mekanismen för detta fenomen är dock fortfarande inte klar.

Forskare stod inför uppgiften att visa att neurogenes inte bara förekommer hos gnagare utan även hos människor. För detta ändamål har forskare under ledning av professor Gage nyligen utfört ett sensationellt arbete. På en av de amerikanska onkologiska klinikerna tog en grupp patienter med obotliga maligna neoplasmer det kemoterapeutiska läkemedlet bromodioxyuridin. Detta ämne har en viktig egenskap - förmågan att ackumuleras i de delande cellerna i olika organ och vävnader. Bromodioxyuridin inkorporeras i modercellens DNA och lagras i dotterceller efter att moderns celler delar sig. Patologisk forskning har visat att nervceller som innehåller bromodioxiuridin finns i nästan alla delar av hjärnan, inklusive hjärnbarken. Så dessa neuroner var nya celler som uppstod från stamcellsdelning. Fyndet bekräftade villkorslöst att processen för neurogenes också förekommer hos vuxna. Men om neurogenes hos gnagare endast sker i hippocampus, då hos människor, är det troligt att det kan fånga mer omfattande områden i hjärnan, inklusive hjärnbarken. Nyligen genomförda studier har visat att nya neuroner i den vuxna hjärnan inte bara kan bildas från neuronala stamceller utan från blodstamceller. Upptäckten av detta fenomen har orsakat eufori i den vetenskapliga världen. Men publiceringen i tidskriften "Nature" i oktober 2003 kylde entusiastiska sinnen på många sätt. Det visade sig att blodstamceller verkligen tränger in i hjärnan, men de förvandlas inte till neuroner, utan smälter samman med dem och bildar binukleära celler. Sedan förstörs neuronens "gamla" kärna, och den ersätts av blodstamcellens "nya" kärna. I råttans kropp smälter blodstamceller huvudsakligen samman med lillhjärnans jätteceller - Purkinjeceller, även om detta händer ganska sällan: endast ett fåtal sammanslagna celler kan hittas i hela lillhjärnan. Mer intensiv fusion av neuroner sker i levern och hjärtmuskeln. Det är ännu inte klart vad den fysiologiska innebörden är i detta. En av hypoteserna är att blodstamceller bär med sig nytt genetiskt material som, som kommer in i den "gamla" cerebellarcellen, förlänger dess liv.

Så nya neuroner kan uppstå från stamceller även i den vuxna hjärnan. Detta fenomen används redan i stor utsträckning för att behandla olika neurodegenerativa sjukdomar (sjukdomar som åtföljs av neuronernas död i hjärnan). Stamcellspreparat för transplantation erhålls på två sätt. Den första är användningen av neuronala stamceller, som i både embryot och den vuxna är lokaliserade runt hjärnans ventriklar. Det andra tillvägagångssättet är användningen av embryonala stamceller. Dessa celler finns i den inre cellmassan i ett tidigt skede av embryobildning. De kan omvandlas till nästan vilken cell som helst i kroppen. Den största utmaningen med att arbeta med embryonala celler är att få dem att omvandlas till neuroner. Ny teknik gör det möjligt att göra detta.

Vissa sjukhus i USA har redan bildat "bibliotek" av neuronala stamceller erhållna från embryonal vävnad och håller på att transplanteras till patienter. De första försöken med transplantation ger positiva resultat, även om läkare idag inte kan lösa huvudproblemet med sådana transplantationer: den skenande multiplikationen av stamceller i 30-40% av fallen leder till bildandet av maligna tumörer. Ingen metod har ännu hittats för att förhindra denna bieffekt. Men trots detta kommer stamcellstransplantation utan tvekan att vara ett av de viktigaste tillvägagångssätten i behandlingen av neurodegenerativa sjukdomar som Alzheimers och Parkinsons, som har blivit utvecklade länders gissel.