Živčne celice se obnavljajo

2024 Avtor: Seth Attwood | [email protected]. Nazadnje spremenjeno: 2023-12-16 16:16

Priljubljen izraz "Živčne celice se ne opomorejo" vsi že od otroštva dojemajo kot nespremenljivo resnico. Vendar ta aksiom ni nič drugega kot mit in novi znanstveni podatki ga ovržejo.

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 naprej izgubljajo nevrone po rojstvu vse življenje. Ta celična smrt je genetsko programirana. Seveda ne umrejo samo nevroni, ampak tudi druge celice telesa. Samo vsa druga tkiva imajo visoko regenerativno sposobnost, to je, da se njihove celice delijo in nadomeščajo mrtve.

Proces regeneracije je najbolj aktiven v celicah epitelija in hematopoetskih organov (rdeči kostni mozeg). Toda obstajajo celice, v katerih so geni, ki so odgovorni za razmnoževanje z delitvijo, blokirani. Poleg nevronov te celice vključujejo celice srčne mišice. Kako ljudem uspe ohraniti inteligenco do visoke starosti, če živčne celice odmrejo in se ne obnavljajo?

Ena od možnih razlag: v živčnem sistemu ne "delujejo" vsi nevroni hkrati, ampak le 10% nevronov. To dejstvo se pogosto omenja v poljudni in celo znanstveni literaturi. O tej izjavi sem se moral večkrat pogovarjati z domačimi in tujimi kolegi. In nihče od njih ne razume, od kod prihaja ta številka. Vsaka celica živi in "deluje" hkrati. V vsakem nevronu ves čas potekajo presnovni procesi, sintetizirajo se beljakovine, nastajajo in prenašajo živčni impulzi. Zato, če pustimo hipotezo o "mirnih" nevronih, se obrnimo na eno od lastnosti živčnega sistema, in sicer na njegovo izjemno plastičnost.

Pomen plastičnosti je v tem, da funkcije odmrlih živčnih celic prevzamejo njihovi preživeli "kolegi", ki se povečajo in tvorijo nove povezave, ki nadomeščajo izgubljene funkcije. Visoko, a ne neskončno učinkovitost takšne kompenzacije lahko ponazorimo s primerom Parkinsonove bolezni, pri kateri pride do postopnega odmiranja nevronov. Izkazalo se je, da se klinični simptomi bolezni (tresenje okončin, omejevanje gibljivosti, nestabilna hoja, demenca) ne pojavijo, dokler približno 90% nevronov v možganih ne odmre, torej je oseba videti praktično zdrava. To pomeni, da lahko ena živa živčna celica nadomesti devet mrtvih.

Toda plastičnost živčnega sistema ni edini mehanizem, ki omogoča ohranjanje inteligence do zrele starosti. Narava ima tudi rezervo - nastanek novih živčnih celic v možganih odraslih sesalcev ali nevrogenezo.

Prvo poročilo o nevrogenezi se je pojavilo leta 1962 v prestižni znanstveni reviji Science. Članek je bil naslovljen "Ali nastajajo novi nevroni v možganih odraslih sesalcev?" Njen avtor, profesor Joseph Altman z univerze Purdue (ZDA), je s pomočjo električnega toka uničil eno od struktur možganov podgane (bočno koljeno telo) in tja vbrizgal radioaktivno snov, ki prodre v novo nastajajoče celice. Nekaj mesecev pozneje je znanstvenik odkril nove radioaktivne nevrone v talamusu (del prednjih možganov) in možganski skorji. V naslednjih sedmih letih je Altman objavil več študij, ki dokazujejo obstoj nevrogeneze v možganih odraslih sesalcev. Vendar pa je takrat, v šestdesetih letih prejšnjega stoletja, njegovo delo povzročilo le skepticizem med nevroznanstveniki, njihov razvoj ni sledil.

In šele dvajset let pozneje je bila nevrogeneza "ponovno odkrita", a že v možganih ptic. Številni raziskovalci ptic pevk so opazili, da med vsako sezono parjenja samec kanarčka Serinus canaria poje pesem z novimi »koleni«. Poleg tega od svojih kolegov ne sprejema novih trilov, saj so bile pesmi posodobljene tudi v izolaciji. Znanstveniki so začeli podrobno preučevati glavno vokalno središče ptic, ki se nahaja v posebnem delu možganov, in ugotovili, da ob koncu sezone parjenja (pri kanarčkih se to zgodi avgusta in januarja) pomemben del nevronov vokalni center je umrl, verjetno zaradi prevelike funkcionalne obremenitve … Sredi osemdesetih let prejšnjega stoletja je profesor Fernando Notteboom z univerze Rockefeller (ZDA) uspel pokazati, da pri odraslih moških kanarčkov proces nevrogeneze poteka v vokalnem središču nenehno, vendar je število nastalih nevronov podvrženo sezonskim nihanjem. Vrhunec nevrogeneze pri kanarčkih se zgodi oktobra in marca, torej dva meseca po paritvenih sezonah. Zato se »glasbena knjižnica« samcev kanarčkovih pesmi redno posodablja.

V poznih osemdesetih letih prejšnjega stoletja so nevrogenezo odkrili tudi pri odraslih dvoživkah v laboratoriju leningrajskega znanstvenika profesorja A. L. Polenova.

Od kod prihajajo novi nevroni, če se živčne celice ne delijo? Izkazalo se je, da so vir novih nevronov tako pri pticah kot pri dvoživkah nevronske matične celice iz stene možganskih ventriklov. Med razvojem zarodka se iz teh celic tvorijo celice živčnega sistema: nevroni in glialne celice. Vendar se vse matične celice ne spremenijo v celice živčnega sistema – nekatere se »skrijejo« in čakajo na krilih.

Dokazano je, da novi nevroni nastanejo iz matičnih celic odraslega organizma in nižjih vretenčarjev. Vendar pa je trajalo skoraj petnajst let, da so dokazali, da se podoben proces pojavlja v živčnem sistemu sesalcev.

Napredek nevroznanosti v zgodnjih devetdesetih letih prejšnjega stoletja je privedel do odkritja "novorojenih" nevronov v možganih odraslih podgan in miši. Najdemo jih večinoma v evolucijsko starodavnih delih možganov: vohalnih čebulicah in hipokampalni skorji, ki sta v glavnem odgovorna za čustveno vedenje, odziv na stres in uravnavanje spolnih funkcij sesalcev.

Tako kot pri pticah in nižjih vretenčarjih se tudi pri sesalcih nevronske matične celice nahajajo v bližini stranskih ventriklov možganov. Njihova transformacija v nevrone je zelo intenzivna. Pri odraslih podganah se iz matičnih celic na mesec oblikuje približno 250.000 nevronov, ki nadomestijo 3 % vseh nevronov v hipokampusu. Življenjska doba takšnih nevronov je zelo visoka - do 112 dni. Nevronske matične celice potujejo dolgo (približno 2 cm). Prav tako se lahko preselijo v vohalno žarnico in se tam spremenijo v nevrone.

Vohalne čebulice možganov sesalcev so odgovorne za zaznavanje in primarno obdelavo različnih vonjav, vključno s prepoznavanjem feromonov - snovi, ki so po svoji kemični sestavi blizu spolnim hormonom. Spolno vedenje pri glodalcih uravnava predvsem proizvodnja feromonov. Hipokampus se nahaja pod možganskimi hemisferami. Funkcije te kompleksne strukture so povezane z oblikovanjem kratkoročnega spomina, uresničevanjem določenih čustev in sodelovanjem pri oblikovanju spolnega vedenja. Prisotnost stalne nevrogeneze v vohalni čebulici in hipokampusu pri podganah je razložena z dejstvom, da pri glodalcih te strukture nosijo glavno funkcionalno obremenitev. Zato živčne celice v njih pogosto odmrejo, kar pomeni, da jih je treba obnavljati.

Da bi razumel, kateri pogoji vplivajo na nevrogenezo v hipokampusu in vohalni čebulici, je profesor Gage z univerze Salk (ZDA) zgradil miniaturno mesto. Miške so se tam igrale, izvajale telesno vzgojo, iskale izhode iz labirintov. Izkazalo se je, da so se pri "urbanih" miših pojavili novi nevroni v veliko večjem številu kot pri njihovih pasivnih sorodnikih, zatopljenih v rutinsko življenje v vivariju.

Matične celice lahko odstranimo iz možganov in jih presadimo v drug del živčnega sistema, kjer postanejo nevroni. Profesor Gage in njegovi sodelavci so izvedli več podobnih poskusov, od katerih je bil najbolj impresiven naslednji. Odsek možganskega tkiva, ki vsebuje matične celice, je bil presadjen v uničeno mrežnico očesa podgane. (Na svetlobo občutljiva notranja stena očesa ima "živčni" izvor: sestavljena je iz modificiranih nevronov - palic in stožcev. Ko se svetlobno občutljiva plast uniči, nastopi slepota.) Presajene možganske matične celice so se spremenile v nevrone mrežnice., so njihovi procesi dosegli vidni živec in podgani je povrnil vid! Poleg tega pri presaditvi možganskih matičnih celic v nedotaknjeno oko pri njih ni prišlo do nobenih transformacij. Verjetno, ko je mrežnica poškodovana, nastanejo nekatere snovi (na primer tako imenovani rastni faktorji), ki spodbujajo nevrogenezo. Vendar natančen mehanizem tega pojava še vedno ni jasen.

Znanstveniki so se soočili z nalogo pokazati, da se nevrogeneza ne pojavlja le pri glodalcih, ampak tudi pri ljudeh. V ta namen so raziskovalci pod vodstvom profesorja Gagea pred kratkim opravili senzacionalno delo. V eni od ameriških onkoloških klinik je skupina bolnikov z neozdravljivimi malignimi novotvorbami jemala kemoterapevtsko zdravilo bromodioksiuridin. Ta snov ima pomembno lastnost - sposobnost kopičenja v delitvenih celicah različnih organov in tkiv. Bromodioksiuridin je vgrajen v DNK matične celice in se po delitvi materinih celic shrani v hčerinske celice. Patološke raziskave so pokazale, da se nevroni, ki vsebujejo bromodioksiuridin, nahajajo v skoraj vseh delih možganov, tudi v možganski skorji. Torej so bili ti nevroni nove celice, ki so nastale iz delitve matičnih celic. Najdba je brezpogojno potrdila, da se proces nevrogeneze pojavlja tudi pri odraslih. Toda če se nevrogeneza pri glodalcih pojavlja le v hipokampusu, potem je pri ljudeh verjetno, da lahko zajame obsežnejša področja možganov, vključno z možgansko skorjo. Nedavne študije so pokazale, da se novi nevroni v možganih odraslih lahko tvorijo ne le iz nevronskih matičnih celic, temveč iz matičnih celic krvi. Odkritje tega pojava je v znanstvenem svetu povzročilo evforijo. Vendar je objava v reviji "Nature" oktobra 2003 na več načinov ohladila navdušene misli. Izkazalo se je, da krvne matične celice res prodrejo v možgane, vendar se ne spremenijo v nevrone, ampak se zlijejo z njimi in tvorijo binuklearne celice. Nato se uniči "staro" jedro nevrona in ga nadomesti "novo" jedro krvne matične celice. V telesu podgane se krvne matične celice večinoma združijo z velikanskimi celicami malih možganov - Purkinjejevimi celicami, čeprav se to zgodi precej redko: le nekaj združenih celic je v celotnem malih možganih. Intenzivnejša fuzija nevronov se pojavi v jetrih in srčni mišici. Kaj je fiziološki pomen tega, še ni jasno. Ena od hipotez je, da krvne matične celice nosijo s seboj nov genetski material, ki z vstopom v "staro" možgansko celico podaljša njeno življenje.

Tako lahko novi nevroni nastanejo iz matičnih celic tudi v možganih odraslih. Ta pojav se že pogosto uporablja za zdravljenje različnih nevrodegenerativnih bolezni (bolezni, ki jih spremlja odmiranje nevronov v možganih). Pripravke matičnih celic za presaditev dobimo na dva načina. Prva je uporaba nevronskih matičnih celic, ki se tako pri zarodku kot pri odraslih nahajajo okoli možganskih prekatov. Drugi pristop je uporaba embrionalnih matičnih celic. Te celice se nahajajo v notranji celični masi v zgodnji fazi tvorbe zarodka. Lahko se preoblikujejo v skoraj vsako celico v telesu. Največji izziv pri delu z embrionalnimi celicami je pridobiti njihovo preobrazbo v nevrone. Nove tehnologije to omogočajo.

Nekatere bolnišnice v Združenih državah so že oblikovale "knjižnice" nevronskih matičnih celic, pridobljenih iz embrionalnega tkiva, in jih presadijo v bolnike. Prvi poskusi presaditve dajejo pozitivne rezultate, čeprav zdravniki danes ne morejo rešiti glavnega problema takih presaditev: močno razmnoževanje matičnih celic v 30-40% primerov vodi v nastanek malignih tumorjev. Še ni bilo najdenega pristopa, ki bi preprečil ta stranski učinek. A kljub temu bo presaditev matičnih celic nedvomno eden glavnih pristopov pri zdravljenju nevrodegenerativnih bolezni, kot sta Alzheimerjeva in Parkinsonova bolezen, ki sta postali nadloga razvitih držav.