Sel saraf sedang dipulihkan

2024 Pengarang: Seth Attwood | [email protected]. Diubah suai terakhir: 2023-12-16 16:12

Ungkapan popular "Sel saraf tidak pulih" dilihat oleh semua orang dari zaman kanak-kanak sebagai kebenaran yang tidak berubah. Walau bagaimanapun, aksiom ini tidak lebih daripada mitos, dan data saintifik baharu menyangkalnya.

Alam semula jadi meletakkan dalam otak yang sedang berkembang margin keselamatan yang sangat tinggi: semasa embriogenesis, lebihan besar neuron terbentuk. Hampir 70% daripada mereka mati sebelum kelahiran anak. Otak manusia terus kehilangan neuron selepas kelahiran, sepanjang hayat. Kematian sel ini diprogramkan secara genetik. Sudah tentu, bukan sahaja neuron mati, tetapi juga sel-sel badan yang lain. Hanya semua tisu lain mempunyai kapasiti regeneratif yang tinggi, iaitu, sel-sel mereka membahagi, menggantikan yang mati.

Proses penjanaan semula paling aktif dalam sel-sel epitelium dan organ hematopoietik (sumsum tulang merah). Tetapi terdapat sel di mana gen yang bertanggungjawab untuk pembiakan melalui pembahagian disekat. Sebagai tambahan kepada neuron, sel-sel ini termasuk sel-sel otot jantung. Bagaimanakah orang berjaya mengekalkan kecerdasan sehingga usia yang sangat tua, jika sel-sel saraf mati dan tidak diperbaharui?

Salah satu penjelasan yang mungkin: tidak semua neuron "berfungsi" serentak dalam sistem saraf, tetapi hanya 10% daripada neuron. Fakta ini sering disebut dalam kesusasteraan popular dan juga saintifik. Saya telah berulang kali membincangkan kenyataan ini dengan rakan sekerja dalam dan luar negara saya. Dan tiada seorang pun daripada mereka memahami dari mana angka ini datang. Mana-mana sel hidup dan "berfungsi" pada masa yang sama. Dalam setiap neuron, proses metabolik berlaku sepanjang masa, protein disintesis, impuls saraf dihasilkan dan dihantar. Oleh itu, meninggalkan hipotesis neuron "berehat", mari kita beralih kepada salah satu sifat sistem saraf, iaitu, kepada keplastikan yang luar biasa.

Maksud keplastikan ialah fungsi sel saraf mati diambil alih oleh "rakan sekerja" mereka yang masih hidup, yang meningkatkan saiz dan membentuk sambungan baru, mengimbangi fungsi yang hilang. Kecekapan yang tinggi, tetapi tidak terbatas bagi pampasan sedemikian boleh digambarkan dengan contoh penyakit Parkinson, di mana terdapat kematian secara beransur-ansur neuron. Ternyata sehingga kira-kira 90% neuron di otak mati, simptom klinikal penyakit (menggigil anggota badan, had mobiliti, gaya berjalan tidak stabil, demensia) tidak muncul, iaitu, orang itu kelihatan sihat. Ini bermakna satu sel saraf yang hidup boleh menggantikan sembilan yang mati.

Tetapi keplastikan sistem saraf bukanlah satu-satunya mekanisme yang membolehkan pemeliharaan kecerdasan hingga usia tua yang matang. Alam semula jadi juga mempunyai sandaran - kemunculan sel saraf baru dalam otak mamalia dewasa, atau neurogenesis.

Laporan pertama mengenai neurogenesis muncul pada tahun 1962 dalam jurnal sains berprestij Sains. Artikel itu bertajuk "Adakah Neuron Baru Membentuk Dalam Otak Mamalia Dewasa?" Pengarangnya, Profesor Joseph Altman dari Universiti Purdue (AS), dengan bantuan arus elektrik, memusnahkan salah satu struktur otak tikus (badan geniculate sisi) dan menyuntik di sana bahan radioaktif yang menembusi sel yang baru muncul. Beberapa bulan kemudian, saintis menemui neuron radioaktif baru dalam talamus (sebahagian daripada otak depan) dan korteks serebrum. Dalam tempoh tujuh tahun akan datang, Altman menerbitkan beberapa lagi kajian yang membuktikan kewujudan neurogenesis dalam otak mamalia dewasa. Walau bagaimanapun, kemudian, pada tahun 1960-an, kerjanya hanya menyebabkan keraguan di kalangan ahli sains saraf, perkembangan mereka tidak mengikuti.

Dan hanya dua puluh tahun kemudian neurogenesis "ditemui semula", tetapi sudah ada di otak burung. Ramai penyelidik burung penyanyi telah menyedari bahawa pada setiap musim mengawan, kenari jantan Serinus canaria menyanyikan lagu dengan "lutut" baharu. Lebih-lebih lagi, dia tidak menerima trill baru daripada rakan-rakannya, kerana lagu-lagu itu dikemas kini walaupun secara berasingan. Para saintis mula mengkaji secara terperinci pusat vokal utama burung, yang terletak di bahagian khas otak, dan mendapati bahawa pada akhir musim mengawan (dalam kenari ia berlaku pada bulan Ogos dan Januari), sebahagian besar neuron pusat vokal mati, mungkin disebabkan beban fungsi yang berlebihan … Pada pertengahan 1980-an, Profesor Fernando Notteboom dari Universiti Rockefeller (AS) dapat menunjukkan bahawa pada kenari jantan dewasa, proses neurogenesis berlaku di pusat vokal secara berterusan, tetapi bilangan neuron yang terbentuk tertakluk kepada turun naik bermusim. Puncak neurogenesis dalam kenari berlaku pada bulan Oktober dan Mac, iaitu dua bulan selepas musim mengawan. Itulah sebabnya "perpustakaan muzik" lagu kenari jantan sentiasa dikemas kini.

Pada akhir 1980-an, neurogenesis juga ditemui pada amfibia dewasa di makmal saintis Leningrad Profesor A. L. Polenov.

Dari mana datangnya neuron baru jika sel saraf tidak membahagi? Sumber neuron baru dalam kedua-dua burung dan amfibia ternyata adalah sel stem neuron dari dinding ventrikel otak. Semasa perkembangan embrio, dari sel-sel inilah sel-sel sistem saraf terbentuk: neuron dan sel glial. Tetapi tidak semua sel stem bertukar menjadi sel sistem saraf - sebahagian daripada mereka "bersembunyi" dan menunggu di sayap.

Telah ditunjukkan bahawa neuron baru timbul daripada sel stem organisma dewasa dan dalam vertebrata yang lebih rendah. Walau bagaimanapun, ia mengambil masa hampir lima belas tahun untuk membuktikan bahawa proses yang sama berlaku dalam sistem saraf mamalia.

Kemajuan dalam bidang neurosains pada awal 1990-an membawa kepada penemuan neuron "baru lahir" dalam otak tikus dan tikus dewasa. Mereka ditemui kebanyakannya di bahagian otak kuno yang evolusioner: mentol olfaktori dan korteks hippocampal, yang bertanggungjawab terutamanya untuk tingkah laku emosi, tindak balas tekanan, dan peraturan fungsi seksual mamalia.

Sama seperti burung dan vertebrata bawah, dalam mamalia, sel stem neuron terletak berhampiran ventrikel sisi otak. Transformasi mereka menjadi neuron sangat intensif. Dalam tikus dewasa, kira-kira 250,000 neuron terbentuk daripada sel stem setiap bulan, menggantikan 3% daripada semua neuron dalam hippocampus. Jangka hayat neuron sedemikian sangat tinggi - sehingga 112 hari. Sel stem neuron bergerak jauh (kira-kira 2 cm). Mereka juga dapat berhijrah ke mentol olfaktori, bertukar menjadi neuron di sana.

Mentol olfaktori otak mamalia bertanggungjawab untuk persepsi dan pemprosesan utama pelbagai bau, termasuk pengiktirafan feromon - bahan yang dalam komposisi kimianya hampir dengan hormon seks. Tingkah laku seksual dalam tikus dikawal terutamanya oleh pengeluaran feromon. Hippocampus terletak di bawah hemisfera serebrum. Fungsi struktur kompleks ini dikaitkan dengan pembentukan ingatan jangka pendek, kesedaran emosi tertentu dan penyertaan dalam pembentukan tingkah laku seksual. Kehadiran neurogenesis berterusan dalam mentol penciuman dan hippocampus pada tikus dijelaskan oleh fakta bahawa dalam tikus struktur ini menanggung beban fungsi utama. Oleh itu, sel-sel saraf di dalamnya sering mati, yang bermaksud bahawa mereka perlu diperbaharui.

Untuk memahami keadaan yang mempengaruhi neurogenesis dalam hippocampus dan mentol olfaktori, Profesor Gage dari Universiti Salk (AS) membina sebuah bandar kecil. Tikus bermain di sana, melakukan pendidikan jasmani, mencari jalan keluar dari labirin. Ternyata dalam tikus "bandar", neuron baru muncul dalam jumlah yang jauh lebih besar daripada saudara pasif mereka, terperangkap dalam kehidupan rutin dalam vivarium.

Sel stem boleh dikeluarkan dari otak dan dipindahkan ke bahagian lain sistem saraf, di mana ia menjadi neuron. Profesor Gage dan rakan-rakannya menjalankan beberapa eksperimen serupa, yang paling mengagumkan adalah yang berikut. Satu bahagian tisu otak yang mengandungi sel stem telah dipindahkan ke dalam retina mata tikus yang musnah. (Dinding dalam mata yang peka cahaya mempunyai asal "saraf": ia terdiri daripada neuron yang diubah suai - rod dan kon. Apabila lapisan sensitif cahaya dimusnahkan, buta mula masuk.) Sel stem otak yang dipindahkan bertukar menjadi neuron retina, proses mereka sampai ke saraf optik, dan tikus mendapat penglihatan semula! Lebih-lebih lagi, apabila memindahkan sel stem otak ke dalam mata yang utuh, tiada transformasi berlaku dengan mereka. Mungkin, apabila retina rosak, beberapa bahan dihasilkan (contohnya, faktor pertumbuhan yang dipanggil) yang merangsang neurogenesis. Walau bagaimanapun, mekanisme sebenar fenomena ini masih tidak jelas.

Para saintis berhadapan dengan tugas untuk menunjukkan bahawa neurogenesis berlaku bukan sahaja pada tikus, tetapi juga pada manusia. Untuk tujuan ini, penyelidik di bawah bimbingan Profesor Gage baru-baru ini melakukan kerja sensasi. Di salah satu klinik onkologi Amerika, sekumpulan pesakit dengan neoplasma malignan yang tidak dapat diubati mengambil ubat kemoterapi bromodioxyuridine. Bahan ini mempunyai sifat penting - keupayaan untuk terkumpul dalam sel pembahagi pelbagai organ dan tisu. Bromodioxyuridine dimasukkan ke dalam DNA sel ibu dan disimpan dalam sel anak selepas sel ibu membahagi. Penyelidikan patologi telah menunjukkan bahawa neuron yang mengandungi bromodioxyuridine ditemui di hampir semua bahagian otak, termasuk korteks serebrum. Jadi neuron ini adalah sel baru yang muncul daripada pembahagian sel stem. Penemuan tanpa syarat mengesahkan bahawa proses neurogenesis juga berlaku pada orang dewasa. Tetapi jika dalam tikus neurogenesis berlaku hanya di hippocampus, maka pada manusia, kemungkinan besar ia boleh menangkap kawasan otak yang lebih luas, termasuk korteks serebrum. Kajian terbaru menunjukkan bahawa neuron baru dalam otak dewasa boleh dibentuk bukan sahaja daripada sel stem neuron, tetapi daripada sel stem darah. Penemuan fenomena ini telah menyebabkan euforia dalam dunia saintifik. Walau bagaimanapun, penerbitan dalam jurnal "Nature" pada Oktober 2003 menyejukkan minda yang bersemangat dalam banyak cara. Ternyata sel stem darah memang menembusi otak, tetapi mereka tidak bertukar menjadi neuron, tetapi bergabung dengan mereka, membentuk sel binuklear. Kemudian nukleus "lama" neuron dimusnahkan, dan ia digantikan oleh nukleus "baru" sel stem darah. Dalam badan tikus, sel stem darah terutamanya bergabung dengan sel-sel gergasi otak kecil - sel Purkinje, walaupun ini jarang berlaku: hanya beberapa sel yang digabungkan boleh ditemui di seluruh cerebellum. Percantuman neuron yang lebih sengit berlaku di hati dan otot jantung. Masih belum jelas apakah maksud fisiologi dalam ini. Salah satu hipotesis ialah sel stem darah membawa bersama mereka bahan genetik baru, yang, memasuki sel cerebellar "lama", memanjangkan hayatnya.

Jadi, neuron baru boleh timbul daripada sel stem walaupun dalam otak dewasa. Fenomena ini sudah digunakan secara meluas untuk merawat pelbagai penyakit neurodegenerative (penyakit yang disertai dengan kematian neuron di otak). Persediaan sel stem untuk pemindahan diperoleh dalam dua cara. Yang pertama ialah penggunaan sel stem neuron, yang dalam kedua-dua embrio dan orang dewasa terletak di sekitar ventrikel otak. Pendekatan kedua ialah penggunaan sel stem embrionik. Sel-sel ini terletak dalam jisim sel dalam pada peringkat awal pembentukan embrio. Mereka mampu berubah menjadi hampir mana-mana sel dalam badan. Cabaran terbesar dalam bekerja dengan sel embrio adalah mendapatkannya untuk berubah menjadi neuron. Teknologi baharu memungkinkan untuk melakukan ini.

Sesetengah hospital di Amerika Syarikat telah pun membentuk "perpustakaan" sel stem neuron yang diperoleh daripada tisu embrio, dan sedang dipindahkan ke dalam pesakit. Percubaan pertama pada pemindahan membuahkan hasil yang positif, walaupun hari ini doktor tidak dapat menyelesaikan masalah utama pemindahan tersebut: pendaraban sel stem yang berleluasa dalam 30-40% kes membawa kepada pembentukan tumor malignan. Tiada pendekatan lagi ditemui untuk mencegah kesan sampingan ini. Namun begitu, pemindahan sel stem sudah pasti akan menjadi salah satu pendekatan utama dalam rawatan penyakit neurodegeneratif seperti Alzheimer dan Parkinson, yang telah menjadi momok negara maju.