Komórki nerwowe są odbudowywane!

Popularne wyrażenie „komórki Nerwowe się nie regenerują” wszyscy od dziecka przyjmują jako niezmienną prawdę. Jednak ten aksjomat jest niczym innym jak mitem, a nowe dane naukowe go obalają.

Natura obdarzyła rozwijający się mózg bardzo wysokim marginesem bezpieczeństwa: przy embriogenezie powstaje ogromny nadmiar neuronów. Prawie 70% z nich ginie jeszcze przed urodzeniem dziecka. Ludzki mózg traci neurony po urodzeniu jak również w ciągu całego późniejszego życia. Taka zagłada komórek jest genetycznie zaprogramowana. Oczywiście giną nie tylko neurony ale również inne komórki organizmu. Tylko, że wszystkie pozostałe komórki mają wysoką zdolność do regeneracji, czyli dzielą się zastępując martwe.

Najbardziej aktywny proces regeneracji odbywa się w komórkach skóry i narządach krwiotwórczych komórek (czerwony szpik kostny). Są jednak komórki, w których geny odpowiedzialne za rozmnażanie przez podział są zablokowane. Oprócz neuronów do takich zalicza się komórki mięśnia sercowego. Jak ludziom udaje się zachować intelekt do bardzo późnej starości, jeśli komórki nerwowe umierają i nie są odnawiane?

Jednym z możliwych wyjaśnień jest to, że w systemie nerwowym jednocześnie nie „pracują” wszystkie, a tylko 10% neuronów. Fakt ten często pojawia się w popularnej, a nawet literaturze naukowej. Nie raz rozmawiałem o tym ze swoimi kolegami z ojczyzny oraz kolegami z zagranicy. I nikt z nich nie rozumiał, skąd wzięła się taka liczba. Każda komórka jednocześnie żyje i „pracuje”. W każdym neuronie bez przerwy odbywają się procesy wymienne, syntetyzują się białka, generują i przekazywane są impulsy nerwowe. Dlatego porzuciwszy hipotezę o „odpoczywających” neuronach, zwrócimy naszą uwagę na jedną z właściwości układu nerwowego, a mianowicie jego wyjątkową plastyczność.

Waga plastyczności jest w tym, że funkcje martwych komórek nerwowych biorą na siebie ich ocaleli „koledzy”, którzy powiększają się i tworzą nowe połączenia aby zrekompensować utracone funkcje. Wysoką, ale nie bezgraniczną skuteczność takiej kompensacji można zilustrować na przykładzie choroby Parkinsona, w której następuje stopniowe zamieranie neuronów. Okazuje się, że dopóki w mózgu nie zginie koło 90% neuronów, objawy kliniczne choroby (drżenie kończyn, ograniczenie ruchomości, chwiejny krok, demencja) nie pojawiają się, człowiek wygląda praktycznie na zdrowego. To znaczy, że jedna żywa komórka nerwowa może zastąpić dziewięć martwych.

Plastyczność układu nerwowego nie jest jedynym mechanizmem, który pozwala zachować intelekt do późnej starości. W naturze istnieje również druga opcja – pojawienie się nowych komórek nerwowych w mózgu dorosłych ssaków, lub neurogenez.

Pierwsze informacje dotyczące neurogenezy pojawił się w 1962 roku w prestiżowym czasopiśmie naukowym „Science”. Artykuł nosił tytuł „Czy tworzą się nowe neurony w mózgu dorosłych ssaków?”. Jego autor, profesor Joseph Altman z Purdue University (USA) za pomocą prądu elektrycznego zniszczył jedną ze struktur mózgu szczurów (ciałka błony bocznej) i wprowadził penetrującą substancję radioaktywną do nowo powstających komórek. Kilka miesięcy później naukowiec odkrył nowe neurony radioaktywne w thalamusie (przednim brzegu mózgu) i korze mózgowej. W ciągu kolejnych siedmiu lat Altman opublikował kilka prac dowodzących istnienia neurogenezy w mózgu dorosłych ssaków. Jednak wtedy, w 1960 roku do jego prac neurobiolodzy podchodzili dość sceptycznie, dalszy rozwój w tym kierunku nie był dalej kontynuowany.

I dopiero dwadzieścia lat później ponownie „odkryto” neurogenezy, ale już w mózgu ptaków. Wielu badaczy śpiewających ptaków zwracało uwagę na fakt, że w każdym sezonie lęgowym samiec kanarka Serinus canaria wykonuje pieśń w nowym repertuarze. Przy czym nowych treli nie czerpie on od współtowarzyszy, ponieważ śpiewy miały miejsce w warunkach izolacji. Naukowcy zaczęli szczegółowiej studiować śpiew w głównym centrum mózgu ptaków znajdującym się w specjalnej części, okazało się, że pod koniec godów (u kanarków jest w sierpniu i styczniu) znaczna część neuronów wokalnego centrum umierała, – prawdopodobnie z powodu nadmiernego obciążenia funkcjonalnego. W połowie 1980 roku profesorowi Fernando Nottebohmowi z Rokefelerowskiego uniwersytetu (USA) udało się dowieść, że u dorosłych samców kanarków proces neurogenezy występuje nieustannie w centrum wokalnym, ale liczba neuronów podlega wahaniom sezonowym. Szczyt neurogenezy u kanarków jest w październiku i marcu, to znaczy dwa miesiące po godach. Oto dlaczego „fonoteka” pieśni samca kanarka regularnie jest odnawiana.

Pod koniec lat 80-tych neurogenezę wykryto również u dorosłych amfibii w leningradzkim laboratorium przez profesora A. L. Polenowa.

Skąd biorą się nowe neurony jeśli komórki nerwowe się nie dzielą? Źródłem nowych neuronów i u ptaków i płazów były neuronalne komórki macierzyste ścianki komór mózgu. Podczas rozwoju zarodka właśnie z tych komórek tworzą się komórki układu nerwowego: neurony i komórki glejowe. Ale nie wszystkie komórki macierzyste są przekształcane w komórki układu nerwowego – część z nich się „ukrywa” czekając na swój czas.

Jak wykazano, nowe neurony pojawiają się w komórkach macierzystych dorosłego organizmu i u niższych kręgowców. Jednak było potrzeba prawie piętnaście lat aby udowodnić, że analogiczny proces ma miejsce również w systemie nerwowym ssaków.

Rozwój neurobiologii na początku lat 90-tych doprowadziły do znalezienia „noworodków” neuronów w mózgu dorosłych szczurów i myszy. Odkryto je głównie w ewolucyjnych starych sekcjach mózgu: węchowych i kory hipokampalnej, które odpowiadają głównie za emocjonalne zachowanie, reakcję na stres i zdolność do regulacji funkcji narządów płciowych ssaków.

Tak jak w przypadku ptaków i niższych kręgowców, ssaków, komórki macierzyste neuronalne znajdują się w pobliżu bocznych komór mózgu. Ich przeistoczenie się w neurony jest bardzo intensywne. U dorosłych szczurów po miesiącu z macierzystych komórek powstaje około 250 000 neuronów, zastępując 3% wszystkich neuronów hipokampa. Długość życia takich neuronów jest bardzo wysoka – do 112 dni. Neuronalne komórki macierzyste pokonują długą drogę (około 2 cm). Są również zdolne migrować do węchu zapachowego, przekształcając się tam w neurony.

Węzły zapachowe mózgu ssaków są odpowiedzialne za percepcję i podstawowe przetwarzanie różnych zapachów, w tym rozpoznawanie feromonów – substancji, które są bliskie składowi chemicznemu hormonom płciowym. Zachowanie seksualne u gryzoni jest regulowane przede wszystkim przez produkcję feromonów. Hipokamp zlokalizowany jest pod półkulami mózgu. Funkcje tej złożonej struktury związane są z tworzeniem pamięci krótkotrwałej, realizacją pewnych emocji i udziałem w kształtowaniu zachowań seksualnych. Obecność u szczurów stałej neurogenezy w węchu i hipokampie wyjaśniono faktem, że u gryzoni struktury te posiadają podstawowe obciążenie funkcjonalne. Dlatego komórki nerwowe w nich często giną, a to znaczy, że należy je odnawiać.

Aby zrozumieć, jakie warunki wpływają na neurogenezę w hipokampie i tak zwanej opuszce węchowej, profesor Gage’a z Uniwersytetu Salk (USA) zbudował miniaturowe miasto. Myszy się tam bawiły, ćwiczyły fizycznie, odszukiwały wyjścia z labiryntów. Okazało się, że u „miejskich” myszy nowe neurony pojawiły się w znacznie większej liczbie niż u pasywnych krewnych, pogrążonych w rutynowym życiu w wiwarium.

Komórki macierzyste można pobrać z mózgu i przeszczepić w inne miejsce układu nerwowego, gdzie zmieniają się w neurony. Profesor Gage wraz z kolegami przeprowadził kilka podobnych eksperymentów, wśród których najbardziej imponującym był następujący. Część tkanki mózgowej zawierającej komórki macierzyste przeszczepił w zniszczoną siatkówce oka szczura. (Światłoczuła wewnętrzna ściana oka ma pochodzenie „nerwowe”: składa się ze zmodyfikowanych neuronów – pręcików i stożków. Gdy warstwa światłoczuła jest zniszczona, następuje ślepota.) Przeszczepiane komórki macierzyste mózgu przekształciły się w neurony siatkówki, ich procesy dotarły do nerwu wzrokowego, a szczur zaczął widzieć! Przy czym po transplantacji macierzystych komórek mózgu do nienaruszonego oka nie nastąpiły żadne inne zmiany. Prawdopodobnie, w przypadku uszkodzenia siatkówki oka wytwarzane są jakieś substancje (na przykład, tak zwane czynniki wzrostu), które stymulują neurogenezę. Jednak dokładny mechanizm tego zjawiska do tej pory nie jest jasny.

Naukowcy mieli zadanie wykazać, że neurogeneza istnieje nie tylko u gryzoni, ale również u ludzi. Aby to zrobić, naukowcy pod kierunkiem prof. Gage’a niedawno przeprowadzili sensacyjny eksperyment. W jednej z amerykańskich klinik onkologicznych grupa pacjentów z nieuleczalnymi nowotworami złośliwymi wzięła chemioterapeutyczny preparat bromiodioxuridin. Substancja ta ma ważną właściwość – zdolność do gromadzenia się w dzielących się komórkach różnych narządów i tkanek. Bromdioksymidynę wprowadza się do DNA komórki macierzystej i przechowuje w komórkach córki po podziale tej macierzystej. Badanie patomorfologiczne wykazało, że neurony zawierające bromiodoksuridynę znajdują się w niemal wszystkich częściach mózgu, w tym korze mózgowej. Znaczy to, że te neurony były nowymi komórkami, które powstały po podziale komórek macierzystych. Odkrycie bezwarunkowo potwierdziło, że proces neurogenezy występuje również u dorosłych. Ale jeśli u gryzoni neurogeneza jest tylko w hipokampie, to u człowieka prawdopodobnie, może uchwycić bardziej rozległe strefy mózgu, w tym korę mózgową. Ostatnie badania wykazały, że nowe neurony w mózgu dorosłych mogą powstawać nie tylko z neuronów komórek macierzystych, ale z komórek macierzystych krwi. Odkrycie tego zjawiska spowodowało euforię w świecie nauki. Jednak publikacja w czasopiśmie „Nature” w październiku 2003 roku w dużej mierze ostudziła entuzjazm. Okazało się, że komórki macierzyste krwi przenikają do mózgu, ale nie przekształcają się w neurony, ale łączą się z nimi, tworząc komórki dwurdzeniowe. Zatem „stare” jądro neuronu zostaje zniszczone, a zastąpione przez „nowe” jądro macierzystej komórki krwi. W organizmie szczurów, komórki macierzyste krwi przeważnie łączą się z olbrzymimi komórkami móżdżku – komórkami Purkiniego, jednak zdarza się to dość rzadko: we wszystkich móżdżkach można wykryć tylko kilka zespolonych komórek. Bardziej intensywna fuzja neuronów występuje w wątrobie i mięśniu sercowym. Na razie nie jest jasne, jaki jest w tym sens fizjologiczny. Jedna z hipotez mówi, że komórki macierzyste krwi zawierają nowy materiał genetyczny, który wchodząc do „starej” komórki móżdżku, przedłuża jej życie.

Tak więc, nowe neurony mogą powstawać z komórek macierzystych, nawet w mózgu dorosłego człowieka. Zjawisko to jest już powszechnie stosowane w leczeniu różnych chorób neurodegeneracyjnych (chorób towarzyszących śmierci neuronów mózgu). Preparaty komórek macierzystych do przeszczepu uzyskuje się na dwa sposoby. Pierwszy polega na zastosowaniu neuronalnych komórek macierzystych, które zarówno w zarodku jak i u dorosłego człowieka znajdują się wokół otaczających ją komórek mózgu. Drugim sposobem jest zastosowanie embrionalnych komórek macierzystych. Komórki te znajdują się w wewnętrznej masie komórkowej we wczesnym stadium tworzenia się zarodka. Są w stanie przekształcić się w praktycznie każdą komórkę organizmu. Największą trudnością w pracy z komórkami embrionalnymi jest przekształcenie ich w neurony. Nowe technologie pozwalają już na zrobienie tego.

W niektórych instytutach medycznych w Stanach Zjednoczonych powstały już „biblioteki” neuronowych komórek macierzystych pochodzących z tkanki embrionalnej, a ich przeszczepy prowadzone są u pacjentów. Pierwsze próby transplantacji przynoszą pozytywne wyniki, chociaż do tej pory lekarze nie mogą rozwiązać głównego problemu takich przeszczepów: nieograniczona reprodukcja komórek macierzystych w 30-40% przypadków prowadzi do powstania nowotworów złośliwych. Na razie nie znaleziono sposobu na zapobiegnięcie tego skutku ubocznego. Mimo to, przeszczep komórek macierzystych będzie niewątpliwie jednym z głównych sposobów leczenia takich chorób neurodegeneracyjnych jak Alzheimer i Parkinson, które stały się plagą krajów rozwiniętych.

źródło

źródło2