Komórki nerwowe mózgu: czy są przywracane? Mit i prawda o odbudowie komórek nerwowych (4 zdjęcia) Czy komórki nerwowe odbudowują się u kobiet w ciąży?
![Komórki nerwowe mózgu: czy są przywracane? Mit i prawda o odbudowie komórek nerwowych (4 zdjęcia) Czy komórki nerwowe odbudowują się u kobiet w ciąży?](https://i0.wp.com/elementy.ru/images/eltpub/nervnye_kletki_ne_vosstanavlivayutsya_04_703.jpg)
W 1928 roku hiszpański neurohistolog Santiago Ramon y Cahalem stwierdził, że komórki nerwowe nie regenerują się, co można zrozumieć, ponieważ Nie miał ani środków, które mogłyby obalić to twierdzenie, ani dowodów na to, że nadal są przywracane.
W tamtym czasie było wiadomo, że objętość mózgu z biegiem czasu staje się mniejsza, a biorąc pod uwagę fakt, że komórki nerwowe w mózgu nie mogą się dzielić, logiczne było założenie, że nowe komórki nerwowe nie będą
W 1928 roku hiszpański neurohistolog Santiago Ramon y Cahalem stwierdził, że komórki nerwowe nie regenerują się, co można zrozumieć, ponieważ Nie miał ani środków, które mogłyby obalić to twierdzenie, ani dowodów na to, że nadal są przywracane. W tamtym czasie było wiadomo, że objętość mózgu z biegiem czasu staje się mniejsza, a biorąc pod uwagę fakt, że komórki nerwowe w mózgu nie mogą się dzielić, logiczne było założenie, że nowe komórki nerwowe nie pojawiły się. Santiago był laureatem Nagrody Nobla w 1906 roku i jego autorytet przez wiele lat nie pozwalał nikomu wątpić w to stwierdzenie.
I tak w 1965 roku profesor Joseph Altman z Massachusetts University of Technology (USA) odkrył obecność nowych neuronów w komórkach mózgu szczura, wstrzykując szczurom radioaktywnie znakowany tymid. Nie udało mu się jednak przekonać świata naukowego, że komórki nerwowe potrafią się regenerować, odpowiedzią na jego badania było stwierdzenie, że szczury rosną przez całe życie, co oznacza, że jego eksperymentów nie można zastosować do organizmu dorosłego. A jednak społeczność naukowa otrzymała nowy termin - neurogeneza. I odpowiednio nowe badania w tej dziedzinie. Kolejnym przełomem były badania mózgu ptaków przeprowadzone przez orintologa Fernando Notteba z Rockefeller University w latach 1983-1991, które wykazały pojawienie się tysięcy nowych neuronów u ptaków wiosną i ich zanik jesienią. W ten sposób Nottebohm wykazał funkcjonalność neurogenezy i wzbudził zainteresowanie tym tematem oraz nowy wzrost badań.
Ale pierwszym, który odkrył neuronalne komórki macierzyste, tj. tą, z której rodzą się przyszłe dorosłe neurony, była kobieta o imieniu Elizabeth Gould z Uniwersytetu Princeton. Razem z Charlesem Grossem w 1999 roku opublikowali wyniki badań przeprowadzonych na naczelnych i udowodnili, że mózg może wytworzyć kilka tysięcy neuronów dziennie. Erickson i Gage, pracownicy Uniwersytetu Princeton (USA), odkryli sposób znakowania komórek mózgowych za pomocą markerów bromodeoksyurydynowych, które przenikają do neuronów dopiero w momencie ich powstania, a wprowadzając takie markery do mózgów nieuleczalnie chorych pacjentów, odkryli nowe komórki w hipokamp, udowadniając w ten sposób, że neurony mogą powstawać w mózgu aż do ostatniego dnia życia. Dziś wiadomo, że codziennie w korze hipokampa i okolicy podkomorowej, w procesie podziału komórek macierzystych, zlokalizowanych w pobliżu komór bocznych mózgu, pojawiają się nowe neurony. Następnie neurony migrują do różnych części mózgu, a proces ten nie został jeszcze zbadany. Wyniki badań neurogenezy znajdują zastosowanie w leczeniu chorób, którym towarzyszy śmierć neuronów mózgowych, takich jak choroba Parkensona, choroba Alzheimera, a także urazy mózgu.
Artykuł ze kiepskim tłumaczeniem i głośnym tytułem mówi po prostu, że naukowcom z Columbia Institute Medical Center w Nowym Jorku w marcu 2016 roku udało się uchwycić narodziny nowych neuronów poprzez wszczepienie maleńkiego mikroskopu. Jak dotąd nikt na świecie nie jest w stanie kontrolować nowo powstających neuronów. Pobudzanie narodzin nowych neuronów z komórek macierzystych istniejących w mózgu można jedynie za pomocą leków, prądów o małej mocy, a także w sposób naturalny, np. poprzez ćwiczenia fizyczne i ciągły trening. Jednak liczba własnych komórek macierzystych również nie jest nieskończona, a neurogeneza wciąż zwalnia wraz z wiekiem. A w przypadku eksperymentów z obcymi embrionalnymi komórkami macierzystymi nie zawsze mogą się one zakorzenić. Nadal jednak pozostaje wiele do zrobienia, jeśli chodzi o kontrolowanie nowo narodzonych neuronów. Co więcej, w oryginalnym artykule nie ma nic o kontroli, ale pojawiają się sugestie, że ich badania pomogą w walce z depresją i stresem. Ponieważ badali funkcje nowo narodzonych neuronów, wpływając na nie słabymi wstrząsami prądowymi, określili funkcje tych neuronów w zakresie zapamiętywania i zdolności zapominania niektórych bodźców poprzez usuwanie wyszkolonych neuronów. Dlatego, parafrazując profesora Preobrażenskiego, możemy powiedzieć: nie czytaj złych gazet.
Dziesięciolecia dyskusji, ugruntowane powiedzonka, eksperymenty na myszach i owcach – ale czy mimo to mózg dorosłego człowieka może wytworzyć nowe neurony, aby zastąpić utracone? A jeśli tak, to jak? A jeśli nie może, to dlaczego?
Skaleczony palec zagoi się w ciągu kilku dni, złamana kość zagoi się. Miriady czerwonych krwinek zastępują się nawzajem w krótkotrwałych pokoleniach, mięśnie rosną pod obciążeniem: nasze ciało podlega ciągłej odnowie. Przez długi czas wierzono, że w tym święcie odrodzenia pozostał tylko jeden obcy – mózg. Jego najważniejsze komórki, neurony, są zbyt wysoce wyspecjalizowane, aby mogły się dzielić. Liczba neuronów spada z roku na rok i choć jest ich na tyle dużo, że utrata kilku tysięcy nie daje zauważalnego efektu, to zdolność do regeneracji po uszkodzeniach nie zaszkodzi mózgowi. Jednak naukowcom od dawna nie udało się wykryć obecności nowych neuronów w dojrzałym mózgu. Nie było jednak wystarczająco wyrafinowanych narzędzi, aby znaleźć takie komórki i ich „rodziców”.
Sytuacja uległa zmianie, gdy w 1977 roku Michael Kaplan i James Hinds zastosowali radioaktywną [3H]-tymidynę, którą można wbudować do nowego DNA. Jego łańcuchy aktywnie syntetyzują dzielące się komórki, podwajając ich materiał genetyczny i jednocześnie gromadząc radioaktywne znaczniki. Miesiąc po podaniu leku dorosłym szczurom naukowcy pozyskali wycinki ich mózgów. Autoriografia wykazała, że zmiany zlokalizowane były w komórkach zakrętu zębatego hipokampa. Mimo to rozmnażają się i istnieje „neurogeneza dorosłych”.
O ludziach i myszach
Podczas tego procesu dojrzałe neurony nie dzielą się, podobnie jak nie dzielą się komórki włókien mięśniowych i czerwone krwinki: za ich powstawanie odpowiedzialne są różne komórki macierzyste, które zachowują swoją „naiwną” zdolność do reprodukcji. Jeden z potomków podzielonej komórki progenitorowej staje się młodą wyspecjalizowaną komórką i dojrzewa do w pełni funkcjonalnego stanu dorosłego. Druga komórka potomna pozostaje komórką macierzystą: pozwala to na utrzymanie populacji komórek progenitorowych na stałym poziomie bez poświęcania odnowy otaczającej tkanki.
W zakręcie zębatym hipokampu znaleziono neuronalne komórki prekursorowe. Później znaleziono je w innych częściach mózgu gryzoni, w opuszce węchowej i podkorowej strukturze prążkowia. Stąd młode neurony mogą migrować do pożądanego obszaru mózgu, dojrzewać na miejscu i integrować się z istniejącymi systemami komunikacji. Aby to zrobić, nowa komórka udowadnia swoją przydatność swoim sąsiadom: zwiększa się jej zdolność do wzbudzania, dzięki czemu nawet słabe uderzenie powoduje, że neuron wytwarza całą salwę impulsów elektrycznych. Im bardziej aktywna jest komórka, tym więcej tworzy połączeń z sąsiadami i tym szybciej te połączenia się stabilizują.
Neurogenezę dorosłych u ludzi potwierdzono dopiero kilkadziesiąt lat później za pomocą podobnych radioaktywnych nukleotydów - w tym samym zakręcie zębatym hipokampa, a następnie w prążkowiu. Najwyraźniej nasza opuszka węchowa nie jest odnawiana. Jednakże, jak aktywny jest ten proces i jak zmienia się w czasie, nie jest dziś dokładnie jasne.
Na przykład badanie z 2013 roku wykazało, że aż do starości około 1,75% komórek w zakręcie zębatym hipokampu odnawia się każdego roku. A w 2018 roku pojawiły się wyniki pokazujące, że tworzenie neuronów w tym przypadku kończy się już w okresie dojrzewania. W pierwszym zmierzono akumulację znaczników radioaktywnych, a w drugim wykorzystano barwniki, które selektywnie wiążą się z młodymi neuronami. Trudno powiedzieć, które wnioski są bliższe prawdy: trudno porównać rzadkie wyniki uzyskane zupełnie innymi metodami, a tym bardziej ekstrapolować prace wykonane na myszach na ludzi.
Problemy modelowe
Większość badań neurogenezy u dorosłych osobników przeprowadza się na zwierzętach laboratoryjnych, które rozmnażają się szybko i są łatwe w utrzymaniu. Ta kombinacja znaków występuje u osób małych i żyjących bardzo krótko - u myszy i szczurów. Ale w naszych mózgach, które dojrzewają dopiero w wieku 20 lat, wszystko może dziać się zupełnie inaczej.
Zakręt zębaty hipokampa jest częścią kory mózgowej, choć prymitywną. U naszego gatunku, podobnie jak u innych długowiecznych ssaków, kora jest zauważalnie bardziej rozwinięta niż u gryzoni. Być może neurogeneza obejmuje całą swoją objętość, realizując się poprzez pewne własne mechanizmy. Nie ma na to jeszcze bezpośrednich dowodów: badań neurogenezy u dorosłych w korze mózgowej nie przeprowadzono ani u ludzi, ani u innych naczelnych.
Ale takie prace przeprowadzono na zwierzętach kopytnych. Badania skrawków mózgu nowonarodzonych jagniąt, a także nieco starszych owiec i osobników dojrzałych płciowo nie wykazały podziału komórek – prekursorów neuronów w korze mózgowej i strukturach podkorowych ich mózgu. Z drugiej strony w korze jeszcze starszych zwierząt znaleziono młode neurony, które już się urodziły, ale były niedojrzałe. Najprawdopodobniej są gotowi w odpowiednim momencie zakończyć specjalizację, tworząc pełnoprawne komórki nerwowe i zajmując miejsce zmarłych. Oczywiście nie jest to do końca neurogeneza, ponieważ w trakcie tego procesu nie powstają nowe komórki. Interesujące jest jednak to, że takie młode neurony są obecne w tych obszarach mózgu owcy, które u człowieka odpowiadają za myślenie (kora mózgowa), integrację sygnałów zmysłowych i świadomości (claustrum) oraz emocje (ciało migdałowate). Istnieje duże prawdopodobieństwo, że w podobnych strukturach znajdziemy także niedojrzałe komórki nerwowe. Ale dlaczego dorosły, już wyszkolony i doświadczony mózg może ich potrzebować?
Hipoteza pamięci
Liczba neuronów jest tak duża, że część z nich można bezpiecznie poświęcić. Jeśli jednak komórka wyłączyła się z procesów roboczych, nie oznacza to, że umarła. Neuron może przestać generować sygnały i reagować na bodźce zewnętrzne. Informacje, które zgromadził, nie znikają, ale są „konserwowane”. Zjawisko to skłoniło Carol Barnes, neurobiolog z Uniwersytetu w Arizonie, do wysnucia teorii, że w ten sposób mózg przechowuje i udostępnia wspomnienia z różnych okresów życia. Według profesora Barnesa od czasu do czasu w zakręcie zębatym hipokampu pojawia się grupa młodych neuronów, które rejestrują nowe doświadczenia. Po pewnym czasie – tygodniach, miesiącach, a może i latach – wszyscy przechodzą w stan spoczynku i nie wysyłają już sygnałów. Dlatego pamięć (z nielicznymi wyjątkami) nie zapamiętuje niczego, co przydarzyło się nam przed trzecim rokiem życia: dostęp do tych danych jest w pewnym momencie blokowany.
Biorąc pod uwagę, że zakręt zębaty, podobnie jak cały hipokamp, odpowiada za przekazywanie informacji z pamięci krótkotrwałej do pamięci długotrwałej, hipoteza ta wydaje się wręcz logiczna. Jednakże nadal wymaga udowodnienia, że dorosły hipokamp faktycznie wytwarza nowe neurony i to w dość dużych ilościach. Możliwości prowadzenia eksperymentów są bardzo ograniczone.
Historia stresu
Zazwyczaj próbki ludzkiego mózgu pobiera się podczas sekcji zwłok lub neurochirurgii, np. w przypadku padaczki skroniowej, gdy napadów nie można leczyć lekami. Obie opcje nie pozwalają nam prześledzić, jak intensywność neurogenezy u dorosłych wpływa na funkcjonowanie i zachowanie mózgu.
Takie eksperymenty przeprowadzono na gryzoniach: tworzenie nowych neuronów było tłumione przez ukierunkowane promieniowanie gamma lub wyłączenie odpowiednich genów. Narażenie to zwiększało podatność zwierząt na depresję. Myszy niezdolne do neurogenezy prawie nie były zadowolone ze słodzonej wody i szybko zrezygnowały z prób utrzymania się na powierzchni w pojemniku wypełnionym wodą. Zawartość kortyzolu, hormonu stresu, we krwi była nawet wyższa niż u myszy poddawanych konwencjonalnym metodom. Częściej uzależniali się od kokainy i gorzej wracali do zdrowia po udarze.
Warto w związku z tymi wynikami poczynić jedną ważną uwagę: możliwe, że pokazany związek „mniej nowych neuronów – ostrzejsza reakcja na stres” zamyka się sam w sobie. Nieprzyjemne zdarzenia życiowe zmniejszają intensywność neurogenezy u dorosłych, przez co zwierzę staje się bardziej wrażliwe na stres, przez co zmniejsza się tempo powstawania neuronów w mózgu – i tak w kółko.
Biznes na nerwach
Pomimo braku dokładnych informacji na temat neurogenezy dorosłych, pojawili się już przedsiębiorcy, którzy są gotowi zbudować na tym dochodowy biznes. Od początku 2010 roku firma sprzedająca wodę ze źródeł w Kanadyjskich Górach Skalistych produkuje butelki Szczęśliwa woda w neurogenezie. Twierdzi się, że napój stymuluje powstawanie neuronów dzięki zawartym w nim solom litu. Lit rzeczywiście uznawany jest za lek korzystny dla mózgu, chociaż w tabletkach jest go znacznie więcej niż w „szczęśliwej wodzie”. Działanie cudownego napoju badali neurobiolodzy z Uniwersytetu Kolumbii Brytyjskiej. Podali szczurom „szczęśliwą wodę” przez 16 dni, a grupie kontrolnej – zwykłą wodę z kranu, a następnie zbadali wycinki zakrętu zębatego hipokampa. I chociaż gryzonie, które piły Szczęśliwa woda w neurogenezie pojawiło się aż o 12% więcej nowych neuronów, ich łączna liczba okazała się niewielka i nie sposób mówić o statystycznie istotnej przewadze.
Na razie możemy jedynie stwierdzić, że neurogeneza dorosłych wyraźnie istnieje w mózgu przedstawicieli naszego gatunku. Być może trwa to aż do starości, a może tylko do okresu dojrzewania. Właściwie to nie jest takie ważne. Co ciekawsze, komórki nerwowe w dojrzałym mózgu człowieka na ogół rodzą się: ze skóry lub z jelit, których odnowa zachodzi stale i intensywnie; główny narząd naszego organizmu różni się ilościowo, ale nie jakościowo. A kiedy informacje o neurogenezie dorosłych złożą się w jeden, szczegółowy obraz, zrozumiemy, jak przełożyć tę ilość na jakość, zmuszając mózg do „naprawy”, przywrócenia funkcjonowania pamięci, emocji – wszystkiego, co nazywamy naszym życiem.
Doktor nauk medycznych V. GRINEVICH.
Popularne powiedzenie „Komórki nerwowe się nie regenerują” od dzieciństwa jest postrzegane przez wszystkich jako niezmienna prawda. Jednak ten aksjomat jest niczym więcej niż mitem, a nowe dane naukowe go obalają.
Schematyczne przedstawienie komórki nerwowej lub neuronu, który składa się z ciała z jądrem, jednym aksonem i kilkoma dendrytami.
Neurony różnią się między sobą wielkością, rozgałęzieniami dendrytycznymi i długością aksonów.
Termin „glej” obejmuje wszystkie komórki tkanki nerwowej, które nie są neuronami.
Neurony są genetycznie zaprogramowane do migracji do tej lub innej części układu nerwowego, gdzie za pomocą procesów nawiązują połączenia z innymi komórkami nerwowymi.
Martwe komórki nerwowe są niszczone przez makrofagi, które dostają się do układu nerwowego z krwi.
Etapy powstawania cewy nerwowej w zarodku ludzkim.
Natura buduje w rozwijającym się mózgu bardzo wysoki margines bezpieczeństwa: podczas embriogenezy powstaje duży nadmiar neuronów. Prawie 70% z nich umiera przed urodzeniem dziecka. Ludzki mózg traci neurony po urodzeniu, przez całe życie. Ta śmierć komórki jest zaprogramowana genetycznie. Oczywiście umierają nie tylko neurony, ale także inne komórki organizmu. Tylko wszystkie inne tkanki mają wysoką zdolność regeneracyjną, to znaczy ich komórki dzielą się, zastępując martwe. Proces regeneracji jest najbardziej aktywny w komórkach nabłonkowych i narządach krwiotwórczych (czerwony szpik kostny). Są jednak komórki, w których geny odpowiedzialne za rozmnażanie przez podział są zablokowane. Oprócz neuronów komórki te obejmują komórki mięśnia sercowego. Jak ludziom udaje się zachować inteligencję do późnej starości, jeśli komórki nerwowe obumierają i nie ulegają odnowie?
Jedno z możliwych wyjaśnień: w układzie nerwowym nie wszystkie neurony „pracują” w tym samym czasie, ale tylko 10% neuronów. Fakt ten jest często przytaczany w literaturze popularnej, a nawet naukowej. Wielokrotnie musiałem omawiać to stwierdzenie z moimi kolegami z kraju i zagranicy. I nikt z nich nie rozumie, skąd wzięła się ta liczba. Każda komórka jednocześnie żyje i „działa”. W każdym neuronie cały czas zachodzą procesy metaboliczne, synteza białek oraz generowane i przekazywane impulsy nerwowe. Pozostawiając zatem hipotezę o neuronach „spoczynkowych”, przejdźmy do jednej z właściwości układu nerwowego, a mianowicie jego wyjątkowej plastyczności.
Znaczenie plastyczności polega na tym, że funkcje martwych komórek nerwowych przejmują ich „koledzy”, którzy przeżyli, powiększając się i tworząc nowe połączenia, kompensując utracone funkcje. Wysoką, ale nie nieograniczoną skuteczność takiej kompensacji można zilustrować na przykładzie choroby Parkinsona, w której następuje stopniowa śmierć neuronów. Okazuje się, że dopóki nie obumrze około 90% neuronów w mózgu, nie pojawiają się objawy kliniczne choroby (drżenie kończyn, ograniczona ruchomość, niepewny chód, otępienie), czyli człowiek wygląda praktycznie zdrowo. Oznacza to, że jedna żywa komórka nerwowa może zastąpić dziewięć martwych.
Ale plastyczność układu nerwowego nie jest jedynym mechanizmem pozwalającym zachować inteligencję do późnej starości. Natura ma też opcję zapasową – pojawienie się nowych komórek nerwowych w mózgu dorosłych ssaków, czyli neurogenezę.
Pierwsze doniesienie na temat neurogenezy ukazało się w 1962 roku w prestiżowym czasopiśmie naukowym Science. Artykuł nosił tytuł „Czy w mózgu dorosłego ssaka tworzą się nowe neurony?” Jej autor, profesor Joseph Altman z Purdue University (USA), za pomocą prądu elektrycznego zniszczył jedną ze struktur mózgu szczura (ciało kolankowate boczne) i wstrzyknął mu substancję radioaktywną, która przenika do nowo powstających komórek. Kilka miesięcy później naukowiec odkrył nowe radioaktywne neurony we wzgórzu (obszar przodomózgowia) i korze mózgowej. W ciągu następnych siedmiu lat Altman opublikował jeszcze kilka prac wykazujących istnienie neurogenezy w mózgu dorosłych ssaków. Jednak wówczas, w latach 60. XX wieku, jego prace wzbudziły jedynie sceptycyzm wśród neuronaukowców, ich rozwój nie nastąpił.
I dopiero dwadzieścia lat później neurogenezę „odkryto” ponownie, ale w mózgu ptaków. Wielu badaczy ptaków śpiewających zauważyło, że w każdym okresie godowym samiec kanarka Serinus canaria wykonuje piosenkę z nowymi „kolanami”. Co więcej, nie przejmuje nowych trylów od swoich braci, ponieważ piosenki były aktualizowane nawet w izolacji. Naukowcy zaczęli szczegółowo badać główny ośrodek głosowy ptaków, zlokalizowany w specjalnej części mózgu i odkryli, że pod koniec okresu godowego (u kanarków ma on miejsce w sierpniu i styczniu) znaczna część neuronów ośrodek głosowy obumarł, prawdopodobnie na skutek nadmiernego obciążenia funkcjonalnego. W połowie lat 80. profesor Fernando Notteboom z Rockefeller University (USA) wykazał, że u dorosłych samców kanarków proces neurogenezy zachodzi w ośrodku głosowym w sposób ciągły, ale liczba wytwarzanych neuronów podlega wahaniom sezonowym. Szczyt neurogenezy u kanarków przypada na październik i marzec, czyli dwa miesiące po okresie godowym. Dlatego regularnie aktualizowana jest „biblioteka nagrań” męskich piosenek kanarkowych.
Pod koniec lat 80. neurogenezę odkryto także u dorosłych płazów w laboratorium leningradzkiego naukowca profesora A.L. Polenowa.
Skąd pochodzą nowe neurony, jeśli komórki nerwowe nie dzielą się? Źródłem nowych neuronów zarówno u ptaków, jak i płazów okazały się neuronalne komórki macierzyste ze ścian komór mózgu. Podczas rozwoju zarodka to właśnie z tych komórek powstają komórki układu nerwowego: neurony i komórki glejowe. Ale nie wszystkie komórki macierzyste zamieniają się w komórki układu nerwowego – niektóre z nich „czają się” i czekają na skrzydłach.
Wykazano, że nowe neurony powstają z dorosłych komórek macierzystych u niższych kręgowców. Jednak prawie piętnaście lat zajęło udowodnienie, że podobny proces zachodzi w układzie nerwowym ssaków.
Postępy w neurobiologii na początku lat 90. XX wieku doprowadziły do odkrycia „nowo narodzonych” neuronów w mózgach dorosłych szczurów i myszy. Znaleziono je głównie w starożytnych ewolucyjnie częściach mózgu: opuszkach węchowych i korze hipokampa, które odpowiadają głównie za zachowania emocjonalne, reakcję na stres i regulację funkcji seksualnych u ssaków.
Podobnie jak u ptaków i niższych kręgowców, u ssaków neuronalne komórki macierzyste znajdują się blisko komór bocznych mózgu. Ich przemiana w neurony jest bardzo intensywna. U dorosłych szczurów z komórek macierzystych powstaje miesięcznie około 250 000 neuronów, zastępując 3% wszystkich neuronów w hipokampie. Żywotność takich neuronów jest bardzo wysoka - do 112 dni. Neuronowe komórki macierzyste pokonują dużą odległość (około 2 cm). Potrafią także migrować do opuszki węchowej, zamieniając się tam w neurony.
Opuszki węchowe mózgu ssaków odpowiadają za percepcję i pierwotne przetwarzanie różnych zapachów, w tym rozpoznawanie feromonów – substancji zbliżonych składem chemicznym do hormonów płciowych. Zachowania seksualne gryzoni regulowane są przede wszystkim poprzez produkcję feromonów. Hipokamp znajduje się pod półkulami mózgu. Funkcje tej złożonej struktury są związane z tworzeniem pamięci krótkotrwałej, realizacją pewnych emocji i udziałem w kształtowaniu zachowań seksualnych. Obecność stałej neurogenezy w opuszce węchowej i hipokampie u szczurów tłumaczy się faktem, że u gryzoni te struktury przenoszą główny ładunek funkcjonalny. Dlatego znajdujące się w nich komórki nerwowe często umierają, co oznacza, że należy je odnowić.
Aby zrozumieć, jakie warunki wpływają na neurogenezę w hipokampie i opuszce węchowej, profesor Gage z Uniwersytetu Salka (USA) zbudował miniaturowe miasto. Myszy bawiły się tam, wykonywały ćwiczenia fizyczne i szukały wyjść z labiryntów. Okazało się, że u myszy „miejskich” nowe neurony pojawiły się w znacznie większej liczbie niż u ich pasywnych krewnych, pogrążonych w rutynowym życiu w wiarium.
Komórki macierzyste można pobrać z mózgu i przeszczepić do innej części układu nerwowego, gdzie zamieniają się w neurony. Profesor Gage i jego współpracownicy przeprowadzili kilka podobnych eksperymentów, z których najbardziej imponujący był następujący. Kawałek tkanki mózgowej zawierający komórki macierzyste przeszczepiono do zniszczonej siatkówki oka szczura. (Światłoczuła wewnętrzna ściana oka ma pochodzenie „nerwowe”: składa się ze zmodyfikowanych neuronów – pręcików i czopków. Kiedy warstwa światłoczuła zostaje zniszczona, następuje ślepota.) Przeszczepione komórki macierzyste mózgu zamieniły się w neurony siatkówki, ich procesy dotarły do nerwu wzrokowego, a szczur odzyskał wzrok! Co więcej, po przeszczepieniu komórek macierzystych mózgu do nieuszkodzonego oka, nie nastąpiły w nich żadne transformacje . Prawdopodobnie w momencie uszkodzenia siatkówki powstają pewne substancje (np. tzw. czynniki wzrostu), które stymulują neurogenezę. Jednak dokładny mechanizm tego zjawiska jest nadal niejasny.
Naukowcy stanęli przed zadaniem wykazania, że neurogeneza zachodzi nie tylko u gryzoni, ale także u człowieka. W tym celu badacze pod kierunkiem profesora Gage'a przeprowadzili niedawno sensacyjną pracę. W jednej z amerykańskich klinik onkologicznych grupa pacjentów z nieuleczalnymi nowotworami złośliwymi przyjmowała lek do chemioterapii bromodyoksyurydynę. Substancja ta ma ważną właściwość - zdolność do gromadzenia się w dzielących się komórkach różnych narządów i tkanek. Bromodioksyurydyna jest włączana do DNA komórki macierzystej i pozostaje w komórkach potomnych po podziale komórki macierzystej. Badanie patologiczne wykazało, że neurony zawierające bromodyoksyurydynę znajdują się w prawie wszystkich częściach mózgu, w tym w korze mózgowej. Oznacza to, że neurony te były nowymi komórkami, które powstały w wyniku podziału komórek macierzystych. Odkrycie bezwarunkowo potwierdziło, że proces neurogenezy zachodzi także u dorosłych. Jeśli jednak u gryzoni neurogeneza zachodzi wyłącznie w hipokampie, to u ludzi prawdopodobnie może obejmować większe obszary mózgu, w tym korę mózgową. Ostatnie badania wykazały, że nowe neurony w mózgu dorosłego człowieka mogą powstawać nie tylko z neuronalnych komórek macierzystych, ale także z komórek macierzystych krwi. Odkrycie tego zjawiska wywołało euforię w świecie naukowym. Jednak publikacja w czasopiśmie Nature w październiku 2003 roku w znacznym stopniu ochłodziła entuzjastyczne umysły. Okazało się, że komórki macierzyste krwi faktycznie przenikają do mózgu, ale nie zamieniają się w neurony, lecz łączą się z nimi, tworząc komórki dwujądrowe. Następnie „stare” jądro neuronu ulega zniszczeniu i zostaje zastąpione „nowym” jądrem komórki macierzystej krwi. W organizmie szczura komórki macierzyste krwi łączą się głównie z komórkami olbrzymimi móżdżku – komórkami Purkinjego, chociaż zdarza się to dość rzadko: w całym móżdżku można znaleźć tylko kilka połączonych komórek. Bardziej intensywna fuzja neuronów zachodzi w wątrobie i mięśniu sercowym. Nadal nie jest jasne, jakie jest tego fizjologiczne znaczenie. Jedna z hipotez głosi, że komórki macierzyste krwi niosą ze sobą nowy materiał genetyczny, który przedostając się do „starej” komórki móżdżku, przedłuża jej życie.
Zatem nowe neurony mogą powstawać z komórek macierzystych nawet w mózgu dorosłego człowieka. Zjawisko to jest już dość szeroko stosowane w leczeniu różnych chorób neurodegeneracyjnych (choroby, którym towarzyszy śmierć neuronów mózgowych). Preparaty komórek macierzystych do przeszczepu uzyskuje się na dwa sposoby. Pierwszym z nich jest wykorzystanie nerwowych komórek macierzystych, które zarówno u zarodka, jak i u osoby dorosłej znajdują się wokół komór mózgu. Drugie podejście polega na wykorzystaniu embrionalnych komórek macierzystych. Komórki te znajdują się w wewnętrznej masie komórkowej na wczesnym etapie tworzenia się zarodka. Mogą przekształcić się w niemal każdą komórkę w organizmie. Największą trudnością w pracy z komórkami embrionalnymi jest przekształcenie ich w neurony. Umożliwiają to nowe technologie.
Niektóre instytucje medyczne w USA utworzyły już „biblioteki” nerwowych komórek macierzystych uzyskanych z tkanki embrionalnej i przeszczepiają je pacjentom. Pierwsze próby przeszczepienia dają pozytywne rezultaty, choć dziś lekarze nie są w stanie rozwiązać głównego problemu takich przeszczepów: niekontrolowany rozrost komórek macierzystych w 30-40% przypadków prowadzi do powstania nowotworów złośliwych. Nie opracowano jeszcze metody zapobiegania temu efektowi ubocznemu. Mimo to przeszczep komórek macierzystych niewątpliwie będzie jednym z głównych podejść w leczeniu chorób neurodegeneracyjnych, takich jak choroby Alzheimera i Parkinsona, które stały się plagą krajów rozwiniętych.
„Nauka i Życie” o komórkach macierzystych:
Belokoneva O., Ph.D. chemia Nauka. Zakaz komórek nerwowych. - 2001, nr 8.
Belokoneva O., Ph.D. chemia Nauka. Matka wszystkich komórek. - 2001, nr 10.
Smirnov V., akademik RAMS, członek korespondent. RAS. Terapia rehabilitacyjna przyszłości. - 2001, nr 8.
Dzięki wielu badaniom naukowym ustalono, że ludzkie komórki nerwowe mają zdolność do regeneracji. Spadek ich aktywności wraz z wiekiem nie wynika z faktu, że obszary w mózgu obumierają. Zasadniczo procesy te są związane z wyczerpywaniem się dendrytów, które biorą udział w procesach aktywacji impulsów międzykomórkowych. W artykule omówione zostaną sposoby przywracania komórek nerwowych w ludzkim mózgu.
Cechy omawianych komórek
Cały układ nerwowy człowieka składa się z dwóch typów komórek:
- neurony przekazujące podstawowe impulsy;
- komórki glejowe, które stwarzają optymalne warunki do pełnego funkcjonowania neuronów, chronią je itp.
Rozmiary neuronów wahają się od 4 do 150 mikronów. Składają się z głównego ciała - dendrytu - i wielu procesów nerwowych - aksonów. To dzięki temu drugiemu w organizmie człowieka przekazywane są impulsy. Dendrytów jest znacznie więcej niż aksonów, a odpowiedź impulsowa rozciąga się od nich aż do samego środka neuronu. Procesy powstawania neuronów rozpoczynają się w okresie rozwoju embrionalnego.
Z kolei wszystkie neutrony dzielą się na kilka typów:
- jednobiegunowy. Zawierają tylko jeden akson (występujący tylko podczas rozwoju embrionalnego);
- dwubiegunowy. Do tej grupy należą neurony ucha i oczu, składają się z aksonu i dendrytu;
- wielobiegunowe zawierają kilka procesów jednocześnie. Są głównymi neuronami ośrodkowego i obwodowego układu nerwowego;
- pseudojednobiegunowe znajdują się w czaszce i rdzeniu kręgowym.
Komórka ta pokryta jest specjalną błoną – neurilemmą. Zachodzą w nim wszystkie procesy metaboliczne i przekazywanie reakcji impulsowych. Ponadto każdy neuron zawiera cytoplazmę, mitochondria, jądro, aparat Golgiego, lizosomy i retikulum endoplazmatyczne. Wśród organelli można wyróżnić neurofibryle.
Ta komórka w organizmie jest odpowiedzialna za pewne procesy:
- Neurony czuciowe znajdują się w zwojach układu obwodowego.
- Interkalatory biorą udział w przekazywaniu impulsów do neuronu.
- Motoryczny, zlokalizowany we włóknach mięśniowych i gruczołach dokrewnych.
- Pomocniczo, pełnią funkcję bariery i ochrony dla każdej z komórek nerwowych.
Główną funkcją wszystkich komórek nerwowych jest przechwytywanie i przekazywanie impulsów do komórek ludzkiego ciała. Należy zauważyć, że w pracy uwzględniono tylko około 5-7% całkowitej liczby neuronów. Wszyscy inni czekają na swoją kolej. Poszczególne komórki umierają każdego dnia, co jest uważane za całkowicie normalny proces. Czy jednak uda im się wyzdrowieć?
Pojęcie neurogenezy
Neurogeneza to proces powstawania nowych komórek neuronowych. Jego najbardziej aktywną fazą jest rozwój wewnątrzmaciczny, podczas którego następuje formacja osoby.
Nie tak dawno temu wszyscy naukowcy argumentowali, że komórki te nie są w stanie się zregenerować. Wcześniej uważano, że w ludzkim mózgu istnieje stała liczba neuronów. Jednak już w drugiej połowie XX wieku rozpoczęto badania na ptakach śpiewających i ssakach, które wykazały, że w mózgu istnieje odrębny obszar – zwoje hipokampa. To w nich występuje specyficzne mikrośrodowisko, w którym następuje podział neuroblastów (komórek powstających przed neuronami). W procesie podziału około połowa z nich obumiera (zaprogramowana), a druga połowa zostaje przekształcona. Jeśli jednak część z tych przeznaczonych na śmierć przeżyje, wówczas tworzą między sobą połączenia synaptyczne i charakteryzują się długotrwałym istnieniem. Tym samym udowodniono, że procesy regeneracji ludzkich komórek nerwowych zachodzą w szczególnym miejscu – pomiędzy opuszką węchową a hipokampem mózgu.
Kliniczne potwierdzenie teorii
Dziś badania w tej dziedzinie wciąż trwają, ale naukowcy udowodnili już wiele procesów odbudowy neuronów. Regeneracja przebiega w kilku etapach:
- tworzenie komórek macierzystych zdolnych do podziału (prekursorów przyszłych neuronów);
- ich podział w celu utworzenia neuroblastów;
- przemieszczanie się tych ostatnich do odrębnych obszarów mózgu, ich przekształcenie w neurony i rozpoczęcie funkcjonowania.
Naukowcy udowodnili, że w mózgu istnieją specjalne obszary, w których zlokalizowane są prekursory neuronów.
Kiedy komórki nerwowe i obszary mózgu ulegają uszkodzeniu, proces neurogenezy przyspiesza. Rozpoczyna się proces przenoszenia „zapasowych” neuronów z obszaru podkomorowego do uszkodzonych obszarów, gdzie zamieniają się one w neurony lub glej. Proces ten można regulować za pomocą specjalnych leków hormonalnych, cytokin, sytuacji stresowych, aktywności elektrofizjologicznej itp.
Jak przywrócić komórki mózgowe
Śmierć następuje w wyniku osłabienia połączenia między nimi (przerzedzenie dendrytów). Aby zatrzymać ten proces, lekarze zalecają:
- Zdrowe jedzenie. Warto wzbogacać swoją dietę w witaminy i korzystne mikroelementy poprawiające reakcję i koncentrację;
- aktywnie uprawiać sport. Lekkie ćwiczenia fizyczne pomagają poprawić krążenie krwi w organizmie, poprawić koordynację ruchów i aktywować obszary mózgu;
- rób ćwiczenia mózgu. W takim przypadku zaleca się częstsze rozwiązywanie krzyżówek, rozwiązywanie łamigłówek lub granie w gry pomagające trenować komórki nerwowe (szachy, karty itp.);
- bardziej załaduj mózg nowymi informacjami;
- unikaj stresu i zaburzeń nerwowych.
Konieczne jest zapewnienie prawidłowej przemiany okresów odpoczynku i aktywności (spać co najmniej 8-9 godzin) i zawsze mieć pozytywne nastawienie.
Produkty do odbudowy neuronów
W takim przypadku możesz zastosować zarówno leki, jak i środki ludowe. W pierwszym przypadku mówimy o i, które są bezpośrednio zaangażowane w procesy regeneracji neuronów. Przepisywane są także leki łagodzące stres i napięcie nerwowe (leki uspokajające).
Wśród metod ludowych stosuje się wywary i napary z roślin leczniczych (arnika, glistnik, głóg, serdecznik itp.). W takim przypadku lepiej skonsultować się z lekarzem przed użyciem, aby zmniejszyć ryzyko wystąpienia negatywnych konsekwencji.
Kolejnym doskonałym sposobem na przywrócenie neuronów jest obecność hormonu szczęścia w organizmie.
Dlatego warto wprowadzać do swojego codziennego życia więcej radosnych wydarzeń, a wtedy można uniknąć problemów z zaburzeniami pracy mózgu.
Naukowcy w dalszym ciągu pracują nad badaniami w tej dziedzinie. Dziś próbują znaleźć wyjątkową okazję do przeszczepienia neuronów. Jednak technika ta nie została jeszcze udowodniona i wymaga wielu badań klinicznych.
Wniosek
Dzięki wielu badaniom naukowym udowodniono, że omawiane komórki ludzkie mają zdolność do regeneracji. Bardzo ważną rolę w tym procesie odgrywa prawidłowe odżywianie i styl życia. Aby zatem nie borykać się z problemami utraty pamięci itp. na starość, należy już od najmłodszych lat dbać o swoje zdrowie.
Niektóre neurony umierają podczas rozwoju wewnątrzmacicznego, wiele z nich umiera po urodzeniu i przez całe życie człowieka, co jest uwarunkowane genetycznie. Ale wraz z tym zjawiskiem dzieje się coś jeszcze - odbudowa neuronów w niektórych obszarach mózgu.Proces powstawania komórki nerwowej (zarówno w okresie prenatalnym, jak i za życia) nazywany jest „neurogenezą”.
Dobrze znane stwierdzenie, że komórki nerwowe nie regenerują się, zostało kiedyś wygłoszone w 1928 roku przez hiszpańskiego neurohistologa, Santiago Ramona I Halema. Sytuacja ta trwała do końca ubiegłego wieku, aż do ukazania się artykułu naukowego E. Goulda i C. Crossa, w którym przedstawiono fakty świadczące o powstawaniu nowych komórek mózgowych, choć jeszcze w latach 60. – 80. XX wieku. niektórzy naukowcy próbowali przekazać to odkrycie światu naukowemu.
Gdzie odnawiają się komórki?
Obecnie neurogenezę „dorosłą” zbadano do poziomu, który pozwala wyciągnąć wnioski na temat tego, gdzie ona zachodzi. Istnieją dwa takie obszary.
- Strefa podkomorowa (zlokalizowana wokół komór mózgowych). Proces regeneracji neuronów w tej części zachodzi w sposób ciągły i ma pewne cechy szczególne. U zwierząt komórki macierzyste (tzw. progenitory) po podziale migrują do opuszki węchowej i przekształcają się w neuroblasty, gdzie kontynuują swoją transformację w pełnoprawne neurony. W ludzkim mózgu zachodzi ten sam proces, z wyjątkiem migracji - co najprawdopodobniej wynika z faktu, że funkcja węchu nie jest dla człowieka tak istotna, jak dla zwierząt.
- Hipokamp Jest to sparowana część mózgu, która odpowiada za orientację w przestrzeni, konsolidację wspomnień i powstawanie emocji. Neurogeneza w tym odcinku jest szczególnie aktywna – dziennie pojawia się tu około 700 komórek nerwowych.
Niektórzy naukowcy twierdzą, że w ludzkim mózgu regeneracja neuronów może zachodzić w innych strukturach - na przykład korze mózgowej.
Współczesne wyobrażenia, że powstawanie komórek nerwowych ma miejsce w dorosłym okresie życia człowieka, otwierają ogromne możliwości w wynalezieniu metod leczenia chorób zwyrodnieniowych mózgu – choroby Parkinsona, choroby Alzheimera i tym podobnych, następstw urazowych uszkodzeń mózgu, udarów mózgu.
Naukowcy próbują obecnie dowiedzieć się, co dokładnie sprzyja regeneracji neuronów. Ustalono zatem, że astrocyty (specjalne komórki neuroglejowe), które są najbardziej odporne na uszkodzenia komórkowe, wytwarzają substancje stymulujące neurogenezę. Sugeruje się również, że jeden z czynników wzrostu – aktywina A – w połączeniu z innymi związkami chemicznymi pozwala komórkom nerwowym tłumić stany zapalne. To z kolei sprzyja ich regeneracji. Cechy obu procesów nie zostały jeszcze dostatecznie zbadane.
Wpływ czynników zewnętrznych na proces zdrowienia
Neurogeneza jest procesem ciągłym, na który okresowo mogą wpływać różne czynniki. Niektóre z nich są znane we współczesnej neurobiologii.
- Chemioterapia i radioterapia stosowane w leczeniu nowotworów. Komórki prekursorowe podlegają tym procesom i przestają się dzielić.
- Chroniczny stres i depresja. Liczba komórek mózgowych, które się dzielą, gwałtownie maleje w okresie, gdy dana osoba doświadcza negatywnych uczuć emocjonalnych.
- Wiek. Intensywność procesu powstawania nowych neuronów maleje wraz z wiekiem, co wpływa na procesy uwagi i pamięci.
- Etanol. Stwierdzono, że alkohol uszkadza astrocyty, które biorą udział w wytwarzaniu nowych komórek w hipokampie.
Pozytywny wpływ na neurony
Przed naukowcami stoi zadanie możliwie najpełniejszego zbadania wpływu czynników zewnętrznych na neurogenezę, aby zrozumieć, jak powstają określone choroby i co może pomóc w ich wyleczeniu.
Badanie dotyczące powstawania neuronów mózgowych przeprowadzone na myszach wykazało, że ćwiczenia mają bezpośredni wpływ na podział komórek. Zwierzęta biegające na kółkach dawały pozytywne rezultaty w porównaniu do zwierząt siedzących bezczynnie. Ten sam czynnik miał również pozytywny wpływ na gryzonie w „starym” wieku. Dodatkowo neurogenezę wzmagał stres psychiczny – rozwiązywanie problemów w labiryntach.
Obecnie prowadzone są intensywne eksperymenty mające na celu poszukiwanie substancji lub innych efektów terapeutycznych sprzyjających tworzeniu się neuronów. Tak więc świat naukowy wie o niektórych z nich.
- Stymulacja procesu neurogenezy za pomocą biodegradowalnych hydrożeli dała pozytywne rezultaty w hodowlach komórek macierzystych.
- Leki przeciwdepresyjne nie tylko pomagają radzić sobie z depresją kliniczną, ale także wpływają na odbudowę neuronów u osób cierpiących na tę chorobę. Ze względu na fakt, że ustąpienie objawów depresji w trakcie terapii lekowej następuje w ciągu około jednego miesiąca, a proces regeneracji komórek trwa tyle samo czasu, naukowcy sugerują, że pojawienie się tej choroby zależy bezpośrednio od faktu, że neurogeneza w organizmie hipokamp zwalnia.
- W badaniach mających na celu znalezienie sposobów naprawy tkanki po udarze niedokrwiennym stwierdzono, że stymulacja mózgu obwodowego i fizykoterapia zwiększają neurogenezę.
- Regularne narażenie na agonistów receptora dopaminy stymuluje odbudowę komórek po uszkodzeniu (na przykład w chorobie Parkinsona). Ważna dla tego procesu jest inna kombinacja leków.
- Wprowadzenie tenascyny-C, białka macierzy międzykomórkowej, wpływa na receptory komórkowe i zwiększa regenerację aksonów (procesy neuronowe).
Zastosowanie komórek macierzystych
Osobno trzeba powiedzieć o stymulacji neurogenezy poprzez wprowadzenie komórek macierzystych, które są prekursorami neuronów. Metoda ta jest potencjalnie skuteczna w leczeniu zwyrodnieniowych chorób mózgu. Obecnie przeprowadza się je wyłącznie na zwierzętach.
Do tych celów wykorzystuje się komórki pierwotne dojrzałego mózgu, zachowane od czasu rozwoju embrionalnego i zdolne do podziału. Po podziale i przeszczepieniu zakorzeniają się i zamieniają w neurony właśnie w rejonach znanych już jako miejsca, w których zachodzi neurogeneza – w strefie podkomorowej i hipokampie. W innych obszarach tworzą komórki glejowe, ale nie neurony.
Gdy naukowcy zdali sobie sprawę, że komórki nerwowe powstają z neuronalnych komórek macierzystych, zasugerowali możliwość stymulacji neurogenezy za pośrednictwem innych komórek macierzystych – krwi. Prawda okazała się taka, że przenikają do mózgu, ale tworzą komórki dwujądrowe, łącząc się z istniejącymi neuronami.
Głównym problemem tej metody jest niedojrzałość „dorosłych” komórek macierzystych mózgu, dlatego istnieje ryzyko, że po przeszczepieniu nie będą się one różnicować lub umrą. Wyzwaniem dla badaczy jest określenie, co dokładnie powoduje, że komórka macierzysta staje się neuronem. Wiedza ta pozwoli po pobraniu „dać” jej niezbędny sygnał biochemiczny do rozpoczęcia transformacji.
Kolejną poważną trudnością napotykaną we wdrażaniu tej metody w terapii jest szybki podział komórek macierzystych po ich przeszczepieniu, co w jednej trzeciej przypadków prowadzi do powstania guzów nowotworowych.
Tak więc we współczesnym świecie naukowym nie zadaje się już pytania, czy powstają neurony: nie tylko wiadomo, że neurony można przywrócić, ale w pewnym stopniu ustalono, jakie czynniki mogą wpływać na ten proces. Chociaż najważniejsze odkrycia badawcze w tej dziedzinie są jeszcze przed nami.