Nervų ląstelės atkuriamos

2024 Autorius: Seth Attwood | [email protected]. Paskutinį kartą keistas: 2023-12-16 16:11

Populiarus posakis „Nervinės ląstelės neatsistato“nuo vaikystės visų suvokiamas kaip nekintanti tiesa. Tačiau ši aksioma yra ne kas kita, kaip mitas, o nauji moksliniai duomenys tai paneigia.

Gamta besivystančiose smegenyse nustato labai didelę saugumo ribą: embriogenezės metu susidaro didelis neuronų perteklius. Beveik 70% jų miršta dar negimus vaiko. Žmogaus smegenys ir toliau praranda neuronus po gimimo, visą gyvenimą. Ši ląstelių mirtis yra genetiškai užprogramuota. Žinoma, žūsta ne tik neuronai, bet ir kitos organizmo ląstelės. Tik visi kiti audiniai pasižymi dideliu regeneraciniu pajėgumu, tai yra, jų ląstelės dalijasi, pakeisdamos mirusiuosius.

Regeneracijos procesas aktyviausiai vyksta epitelio ir kraujodaros organų ląstelėse (raudonuosiuose kaulų čiulpuose). Tačiau yra ląstelių, kuriose užblokuojami genai, atsakingi už dauginimąsi dalijantis. Be neuronų, šios ląstelės apima ir širdies raumens ląsteles. Kaip žmonėms pavyksta išsaugoti intelektą iki labai senatvės, jei nervinės ląstelės miršta ir neatsinaujina?

Vienas iš galimų paaiškinimų: nervų sistemoje vienu metu „dirba“ne visi neuronai, o tik 10% neuronų. Šis faktas dažnai minimas populiariojoje ir net mokslinėje literatūroje. Man ne kartą teko aptarti šį teiginį su savo šalies ir užsienio kolegomis. Ir nė vienas iš jų nesupranta, iš kur atsirado ši figūra. Bet kuri ląstelė gyvena ir „veikia“vienu metu. Kiekviename neurone visą laiką vyksta medžiagų apykaitos procesai, sintetinami baltymai, generuojami ir perduodami nerviniai impulsai. Todėl palikdami hipotezę apie „ilsisinčius“neuronus, atsigręžkime į vieną iš nervų sistemos savybių – į jos išskirtinį plastiškumą.

Plastiškumo prasmė ta, kad negyvų nervinių ląstelių funkcijas perima išlikę jų „kolegos“, kurie didėja ir formuoja naujus ryšius, kompensuodami prarastas funkcijas. Aukštą, bet ne begalinį tokios kompensacijos efektyvumą galima iliustruoti Parkinsono ligos, kurioje vyksta laipsniškas neuronų mirtis, pavyzdžiu. Pasirodo, kol nemiršta apie 90% smegenų neuronų, klinikiniai ligos simptomai (galūnių drebulys, judėjimo apribojimas, netvirta eisena, silpnaprotystė) nepasireiškia, tai yra žmogus atrodo praktiškai sveikas. Tai reiškia, kad viena gyva nervinė ląstelė gali pakeisti devynias mirusias.

Tačiau nervų sistemos plastiškumas nėra vienintelis mechanizmas, leidžiantis išsaugoti intelektą iki brandžios senatvės. Gamta turi ir atkrytį – naujų nervinių ląstelių atsiradimą suaugusių žinduolių smegenyse arba neurogenezę.

Pirmoji ataskaita apie neurogenezę pasirodė 1962 m. prestižiniame mokslo žurnale Science. Straipsnis buvo pavadintas "Ar suaugusių žinduolių smegenyse formuojasi nauji neuronai?" Jo autorius, profesorius Josephas Altmanas iš Purdue universiteto (JAV), elektros srovės pagalba sunaikino vieną iš žiurkės smegenų struktūrų (šoninį geniculate kūną) ir suleido ten radioaktyvią medžiagą, kuri prasiskverbia į naujai atsirandančias ląsteles. Po kelių mėnesių mokslininkas atrado naujus radioaktyvius neuronus talamuose (priekinės smegenų dalyje) ir smegenų žievėje. Per ateinančius septynerius metus Altmanas paskelbė dar keletą tyrimų, įrodančių neurogenezės egzistavimą suaugusių žinduolių smegenyse. Tačiau tada, septintajame dešimtmetyje, jo darbai sukėlė tik neurologų skepticizmą, jų raida nesekė.

Ir tik po dvidešimties metų neurogenezė buvo „atrasta iš naujo“, bet jau paukščių smegenyse. Daugelis paukščių giesmininkų tyrinėtojų pastebėjo, kad kiekvieną poravimosi sezoną kanarėlės Serinus canaria patinas dainuoja naujais „keliais“. Be to, jis nepriima naujų trilių iš savo kolegų, nes dainos buvo atnaujintos net atskirai. Mokslininkai pradėjo nuodugniai tyrinėti pagrindinį paukščių balso centrą, esantį specialioje smegenų dalyje, ir išsiaiškino, kad pasibaigus poravimosi sezonui (kanaruose tai vyksta rugpjūčio ir sausio mėnesiais), nemaža dalis balso centras mirė, tikriausiai dėl per didelio funkcinio krūvio … Devintojo dešimtmečio viduryje profesoriui Fernando Notteboom iš Rokfelerio universiteto (JAV) pavyko parodyti, kad suaugusiems kanarėlių patinams neurogenezės procesas balso centre vyksta nuolat, tačiau susidarančių neuronų skaičius priklauso nuo sezoninių svyravimų. Neurogenezės pikas kanarėlėse būna spalio ir kovo mėnesiais, tai yra praėjus dviem mėnesiams po poravimosi sezonų. Štai kodėl kanarėlių vyriškos lyties dainų „muzikos biblioteka“nuolat atnaujinama.

Devintojo dešimtmečio pabaigoje Leningrado mokslininko profesoriaus A. L. Polenovo laboratorijoje suaugusių varliagyvių neurogenezė buvo aptikta.

Iš kur atsiranda naujų neuronų, jei nervinės ląstelės nesidalija? Paaiškėjo, kad tiek paukščių, tiek varliagyvių naujų neuronų šaltinis yra neuronų kamieninės ląstelės iš smegenų skilvelių sienelės. Vystantis embrionui, būtent iš šių ląstelių susidaro nervų sistemos ląstelės: neuronai ir glijos ląstelės. Tačiau ne visos kamieninės ląstelės virsta nervų sistemos ląstelėmis – dalis jų „pasislėpia“ir laukia sparnuose.

Buvo įrodyta, kad nauji neuronai atsiranda iš suaugusio organizmo kamieninių ląstelių ir žemesniųjų stuburinių gyvūnų. Tačiau prireikė beveik penkiolikos metų įrodyti, kad panašus procesas vyksta žinduolių nervų sistemoje.

Neurologijos pažanga 1990-ųjų pradžioje paskatino suaugusių žiurkių ir pelių smegenyse atrasti „naujagimius“neuronus. Dažniausiai jie buvo aptikti evoliuciškai senose smegenų dalyse: uoslės lemputėse ir hipokampo žievėje, kurios daugiausia atsakingos už emocinį elgesį, reakciją į stresą ir žinduolių seksualinių funkcijų reguliavimą.

Kaip ir paukščių ir žemesniųjų stuburinių gyvūnų, žinduolių neuronų kamieninės ląstelės yra šalia šoninių smegenų skilvelių. Jų transformacija į neuronus yra labai intensyvi. Suaugusiose žiurkėse per mėnesį iš kamieninių ląstelių susidaro apie 250 000 neuronų, pakeičiančių 3% visų hipokampo neuronų. Tokių neuronų gyvenimo trukmė labai didelė – iki 112 dienų. Neuroninės kamieninės ląstelės nukeliauja ilgą kelią (apie 2 cm). Jie taip pat gali migruoti į uoslės lemputę, ten virsdami neuronais.

Žinduolių smegenų uoslės lemputės yra atsakingos už įvairių kvapų suvokimą ir pirminį apdorojimą, įskaitant feromonų – medžiagų, kurios savo chemine sudėtimi artimos lytiniams hormonams, atpažinimą. Seksualinį graužikų elgesį pirmiausia reguliuoja feromonų gamyba. Hipokampas yra po smegenų pusrutuliais. Šios sudėtingos struktūros funkcijos yra susijusios su trumpalaikės atminties formavimu, tam tikrų emocijų realizavimu ir dalyvavimu formuojant seksualinį elgesį. Nuolatinė neurogenezės buvimas žiurkių uoslės svogūnėlyje ir hipokampe paaiškinamas tuo, kad graužikams šios struktūros turi pagrindinę funkcinę apkrovą. Todėl jose esančios nervinės ląstelės dažnai žūva, vadinasi, jas reikia atnaujinti.

Siekdamas suprasti, kokios sąlygos įtakoja neurogenezę hipokampe ir uoslės lemputėje, profesorius Geidžas iš Salko universiteto (JAV) pastatė miniatiūrinį miestą. Pelės ten žaidė, užsiėmė kūno kultūra, ieškojo išėjimų iš labirintų. Paaiškėjo, kad „miesto“pelėse naujų neuronų atsirado daug daugiau nei pasyviose jų giminėse, įklimpusiose į įprastą gyvenimą vivariume.

Kamieninės ląstelės gali būti pašalintos iš smegenų ir persodintos į kitą nervų sistemos dalį, kur jos tampa neuronais. Profesorius Gage'as ir jo kolegos atliko keletą panašių eksperimentų, iš kurių įspūdingiausias buvo toks. Smegenų audinio dalis, kurioje yra kamieninių ląstelių, buvo persodinta į sunaikintą žiurkės akies tinklainę. (Šviesai jautri vidinė akies sienelė yra „nervinės“kilmės: susideda iš modifikuotų neuronų – lazdelių ir kūgių. Kai šviesai jautrus sluoksnis sunaikinamas, atsiranda aklumas.) Persodintos smegenų kamieninės ląstelės virto tinklainės neuronais., jų procesai pasiekė regos nervą, ir žiurkė atgavo regėjimą! Be to, persodinant smegenų kamienines ląsteles į nepažeistą akį, su jomis neįvyko jokių transformacijų. Tikriausiai, pažeidžiant tinklainę, gaminasi kai kurios medžiagos (pavyzdžiui, vadinamieji augimo faktoriai), kurios skatina neurogenezę. Tačiau tikslus šio reiškinio mechanizmas vis dar nėra aiškus.

Mokslininkai susidūrė su užduotimi parodyti, kad neurogenezė vyksta ne tik graužikams, bet ir žmonėms. Šiuo tikslu mokslininkai, vadovaujami profesoriaus Gage'o, neseniai atliko sensacingą darbą. Vienoje Amerikos onkologinių klinikų grupė pacientų, sergančių nepagydomais piktybiniais navikais, vartojo chemoterapinį vaistą bromodioksuridiną. Ši medžiaga turi svarbią savybę – gebėjimą kauptis besidalijančiose įvairių organų ir audinių ląstelėse. Bromodioksuridinas yra įtrauktas į motininės ląstelės DNR ir yra saugomas dukterinėse ląstelėse po motinos ląstelių dalijimosi. Patologiniai tyrimai parodė, kad neuronų, kurių sudėtyje yra bromodioksiuridino, yra beveik visose smegenų dalyse, įskaitant smegenų žievę. Taigi šie neuronai buvo naujos ląstelės, atsiradusios po kamieninių ląstelių dalijimosi. Radinys besąlygiškai patvirtino, kad neurogenezės procesas vyksta ir suaugusiems. Bet jei graužikams neurogenezė vyksta tik hipokampe, tai žmonėms tikėtina, kad ji gali užfiksuoti platesnes smegenų sritis, įskaitant smegenų žievę. Naujausi tyrimai parodė, kad nauji neuronai suaugusiųjų smegenyse gali susidaryti ne tik iš neuronų kamieninių ląstelių, bet ir iš kraujo kamieninių ląstelių. Šio reiškinio atradimas sukėlė euforiją mokslo pasaulyje. Tačiau publikacija žurnale „Nature“2003 m. spalį daugeliu atžvilgių atšaldė entuziastingus protus. Paaiškėjo, kad kraujo kamieninės ląstelės išties prasiskverbia į smegenis, tačiau jos nevirsta neuronais, o susilieja su jais, sudarydamos dvibranduoles ląsteles. Tuomet sunaikinamas „senasis“neurono branduolys, o jo vietoje atsiranda „naujas“kraujo kamieninės ląstelės branduolys. Žiurkės organizme kraujo kamieninės ląstelės daugiausia susilieja su milžiniškomis smegenėlių ląstelėmis – Purkinje ląstelėmis, nors tai nutinka gana retai: visoje smegenėlėje galima rasti vos kelias susiliejusias ląsteles. Intensyvesnis neuronų susiliejimas vyksta kepenyse ir širdies raumenyje. Kol kas neaišku, kokia fiziologinė to prasmė. Viena iš hipotezių – kraujo kamieninės ląstelės neša su savimi naują genetinę medžiagą, kuri, patekusi į „senąją“smegenėlių ląstelę, prailgina jos gyvenimą.

Taigi, net suaugusiųjų smegenyse iš kamieninių ląstelių gali atsirasti naujų neuronų. Šis reiškinys jau plačiai naudojamas įvairioms neurodegeneracinėms ligoms (ligoms, kurias lydi smegenų neuronų mirtis) gydyti. Kamieninių ląstelių preparatai transplantacijai gaunami dviem būdais. Pirmasis yra neuronų kamieninių ląstelių, kurios tiek embrione, tiek suaugusiam žmogui yra aplink smegenų skilvelius, naudojimas. Antrasis būdas yra embrioninių kamieninių ląstelių naudojimas. Šios ląstelės yra vidinėje ląstelių masėje ankstyvoje embriono formavimosi stadijoje. Jie gali transformuotis į beveik bet kurią kūno ląstelę. Didžiausias iššūkis dirbant su embrioninėmis ląstelėmis yra priversti jas transformuotis į neuronus. Naujos technologijos leidžia tai padaryti.

Kai kurios JAV ligoninės jau suformavo neuronų kamieninių ląstelių, gautų iš embrioninio audinio, „bibliotekas“ir yra persodinamos pacientams. Pirmieji transplantacijos bandymai duoda teigiamų rezultatų, nors šiandien gydytojai negali išspręsti pagrindinės tokių transplantacijų problemos: siaučiantis kamieninių ląstelių dauginimasis 30-40% atvejų lemia piktybinių navikų formavimąsi. Dar nebuvo rastas būdas išvengti šio šalutinio poveikio. Tačiau nepaisant to, kamieninių ląstelių transplantacija neabejotinai bus vienas iš pagrindinių būdų gydyti neurodegeneracines ligas, tokias kaip Alzheimerio ir Parkinsono, kurios tapo išsivysčiusių šalių rykšte.