Celulele nervoase sunt restaurate

2024 Autor: Seth Attwood | [email protected]. Modificat ultima dată: 2023-12-16 16:15

Expresia populară „Celulele nervoase nu se recuperează” este percepută de toată lumea încă din copilărie ca un adevăr imuabil. Cu toate acestea, această axiomă nu este altceva decât un mit, iar noi date științifice o resping.

Natura pune în creierul în curs de dezvoltare o marjă de siguranță foarte mare: în timpul embriogenezei, se formează un mare exces de neuroni. Aproape 70% dintre ei mor înainte de nașterea unui copil. Creierul uman continuă să piardă neuroni după naștere, de-a lungul vieții. Această moarte celulară este programată genetic. Desigur, nu mor doar neuronii, ci și alte celule ale corpului. Doar toate celelalte țesuturi au o capacitate mare de regenerare, adică celulele lor se divid, înlocuind morții.

Procesul de regenerare este cel mai activ în celulele epiteliului și organele hematopoietice (măduva osoasă roșie). Există însă celule în care genele responsabile de reproducerea prin diviziune sunt blocate. Pe lângă neuroni, aceste celule includ și celulele mușchiului inimii. Cum reușesc oamenii să păstreze inteligența până la o vârstă foarte înaintată, dacă celulele nervoase mor și nu sunt reînnoite?

Una dintre explicațiile posibile: nu toți neuronii „funcționează” simultan în sistemul nervos, ci doar 10% dintre neuroni. Acest fapt este adesea citat în literatura populară și chiar științifică. Am fost nevoit să discut în mod repetat această declarație cu colegii mei din țară și din străinătate. Și niciunul dintre ei nu înțelege de unde a venit această cifră. Orice celulă trăiește și „funcționează” în același timp. În fiecare neuron, procesele metabolice au loc tot timpul, proteinele sunt sintetizate, impulsurile nervoase sunt generate și transmise. Așadar, lăsând ipoteza neuronilor „în repaus”, să ne întoarcem la una dintre proprietățile sistemului nervos și anume la plasticitatea sa excepțională.

Sensul plasticității este că funcțiile celulelor nervoase moarte sunt preluate de „colegii” lor supraviețuitori, care cresc în dimensiune și formează noi conexiuni, compensând funcțiile pierdute. Eficiența ridicată, dar nu infinită a unei astfel de compensații poate fi ilustrată prin exemplul bolii Parkinson, în care există o moarte treptată a neuronilor. Se pare că până când aproximativ 90% dintre neuronii din creier mor, simptomele clinice ale bolii (tremurul membrelor, limitarea mobilității, mersul instabil, demența) nu apar, adică persoana arată practic sănătoasă. Aceasta înseamnă că o celulă nervoasă vie poate înlocui nouă morți.

Dar plasticitatea sistemului nervos nu este singurul mecanism care permite păstrarea inteligenței până la o bătrânețe coaptă. Natura are, de asemenea, o alternativă - apariția de noi celule nervoase în creierul mamiferelor adulte sau neurogeneza.

Primul raport despre neurogeneza a aparut in 1962 in prestigioasa revista stiintifica Science. Articolul a fost intitulat „Se formează noi neuroni în creierul mamiferelor adulte?” Autorul acesteia, profesorul Joseph Altman de la Universitatea Purdue (SUA), cu ajutorul unui curent electric, a distrus una dintre structurile creierului șobolanului (corpul geniculat lateral) și a injectat acolo o substanță radioactivă care pătrunde în celulele nou apărute. Câteva luni mai târziu, omul de știință a descoperit noi neuroni radioactivi în talamus (parte a creierului anterior) și cortexul cerebral. În următorii șapte ani, Altman a publicat mai multe studii care dovedesc existența neurogenezei în creierul mamiferelor adulte. Cu toate acestea, apoi, în anii 1960, munca sa a provocat doar scepticism în rândul oamenilor de știință, dezvoltarea lor nu a urmat.

Și doar douăzeci de ani mai târziu, neurogeneza a fost „redescoperită”, dar deja în creierul păsărilor. Mulți cercetători de păsări cântătoare au observat că în fiecare sezon de împerechere, masculul canar Serinus canaria cântă un cântec cu noi „genunchi”. Mai mult, nu adoptă noi triluri de la semeni, deoarece piesele au fost actualizate chiar și izolat. Oamenii de știință au început să studieze în detaliu centrul vocal principal al păsărilor, situat într-o secțiune specială a creierului, și au descoperit că la sfârșitul sezonului de împerechere (la canari are loc în august și ianuarie), o parte semnificativă a neuronilor din centrul vocal a murit, probabil din cauza sarcinii funcționale excesive… La mijlocul anilor 1980, profesorul Fernando Notteboom de la Universitatea Rockefeller (SUA) a reușit să arate că la masculii canari adulți, procesul de neurogeneză are loc în mod constant în centrul vocal, dar numărul de neuroni formați este supus fluctuațiilor sezoniere. Vârful neurogenezei la canari are loc în octombrie și martie, adică la două luni după sezonul de împerechere. De aceea „biblioteca muzicală” a cântecelor canarului masculin este actualizată în mod regulat.

La sfârșitul anilor 1980, neurogeneza a fost descoperită și la amfibieni adulți în laboratorul savantului de la Leningrad, profesorul A. L. Polenov.

De unde provin noii neuroni dacă celulele nervoase nu se divid? Sursa de noi neuroni atât la păsări, cât și la amfibieni s-a dovedit a fi celule stem neuronale din peretele ventriculilor creierului. În timpul dezvoltării embrionului, din aceste celule se formează celulele sistemului nervos: neuroni și celule gliale. Dar nu toate celulele stem se transformă în celule ale sistemului nervos - unele dintre ele se „ascund” și așteaptă în aripi.

S-a demonstrat că noi neuroni apar din celulele stem ale organismului adult și la vertebratele inferioare. Cu toate acestea, a fost nevoie de aproape cincisprezece ani pentru a demonstra că un proces similar are loc în sistemul nervos al mamiferelor.

Progresele în neuroștiință la începutul anilor 1990 au condus la descoperirea neuronilor „nou-născuți” în creierul șobolanilor și șoarecilor adulți. Ele au fost găsite mai ales în părțile evolutive antice ale creierului: bulbii olfactiv și cortexul hipocampului, care sunt în principal responsabile pentru comportamentul emoțional, răspunsul la stres și reglarea funcțiilor sexuale ale mamiferelor.

La fel ca la păsări și la vertebratele inferioare, la mamifere, celulele stem neuronale sunt situate în apropierea ventriculilor laterali ai creierului. Transformarea lor în neuroni este foarte intensă. La șobolanii adulți, din celule stem se formează aproximativ 250.000 de neuroni pe lună, înlocuind 3% din toți neuronii din hipocamp. Durata de viață a unor astfel de neuroni este foarte mare - până la 112 zile. Celulele stem neuronale parcurg un drum lung (aproximativ 2 cm). De asemenea, sunt capabili să migreze către bulbul olfactiv, transformându-se acolo în neuroni.

Bulbii olfactiv ai creierului mamiferelor sunt responsabili de percepția și procesarea primară a diferitelor mirosuri, inclusiv recunoașterea feromonilor - substanțe care în compoziția lor chimică sunt apropiate de hormonii sexuali. Comportamentul sexual la rozătoare este reglat în primul rând de producția de feromoni. Hipocampul este situat sub emisferele cerebrale. Funcțiile acestei structuri complexe sunt asociate cu formarea memoriei pe termen scurt, realizarea anumitor emoții și participarea la formarea comportamentului sexual. Prezența neurogenezei constante în bulbul olfactiv și hipocamp la șobolani se explică prin faptul că la rozătoare aceste structuri suportă sarcina funcțională principală. Prin urmare, celulele nervoase din ele mor adesea, ceea ce înseamnă că trebuie reînnoite.

Pentru a înțelege ce condiții influențează neurogeneza în hipocamp și bulbul olfactiv, profesorul Gage de la Universitatea Salk (SUA) a construit un oraș în miniatură. Șoarecii se jucau acolo, făceau educație fizică, căutau ieșiri din labirinturi. S-a dovedit că la șoarecii „urbani” au apărut neuroni noi într-un număr mult mai mare decât la rudele lor pasive, înfundate într-o viață de rutină într-un vivarium.

Celulele stem pot fi îndepărtate din creier și transplantate într-o altă parte a sistemului nervos, unde devin neuroni. Profesorul Gage și colegii săi au efectuat mai multe experimente similare, dintre care cel mai impresionant a fost următorul. O secțiune de țesut cerebral care conținea celule stem a fost transplantată în retina distrusă a unui ochi de șobolan. (Peretele interior al ochiului, sensibil la lumină, are o origine „nervoasă”: este format din neuroni modificați - tije și conuri. Când stratul sensibil la lumină este distrus, se instalează orbirea.) Celulele stem cerebrale transplantate s-au transformat în neuroni retiniani, procesele lor au ajuns la nervul optic, iar șobolanul și-a recăpătat vederea! Mai mult, la transplantarea celulelor stem cerebrale într-un ochi intact, nu au avut loc transformări cu acestea. Probabil, atunci când retina este deteriorată, se produc unele substanțe (de exemplu, așa-numiții factori de creștere) care stimulează neurogeneza. Cu toate acestea, mecanismul exact al acestui fenomen nu este încă clar.

Oamenii de știință s-au confruntat cu sarcina de a arăta că neurogeneza are loc nu numai la rozătoare, ci și la oameni. În acest scop, cercetătorii sub îndrumarea profesorului Gage au efectuat recent o muncă senzațională. Într-una dintre clinicile oncologice americane, un grup de pacienți cu neoplasme maligne incurabile au luat medicamentul chimioterapeutic bromodioxiuridină. Această substanță are o proprietate importantă - capacitatea de a se acumula în celulele care se divizează diferitelor organe și țesuturi. Bromodioxiuridina este încorporată în ADN-ul celulei mame și este stocată în celulele fiice după ce celulele mamei se divid. Cercetările patologice au arătat că neuronii care conțin bromodioxiuridină se găsesc în aproape toate părțile creierului, inclusiv în cortexul cerebral. Deci, acești neuroni au fost celule noi care au apărut din diviziunea celulelor stem. Descoperirea a confirmat necondiționat că procesul de neurogeneză are loc și la adulți. Dar dacă la rozătoare neurogeneza are loc doar în hipocamp, atunci la om, este probabil să capteze zone mai extinse ale creierului, inclusiv cortexul cerebral. Studii recente au arătat că noii neuroni din creierul adult pot fi formați nu numai din celule stem neuronale, ci și din celulele stem din sânge. Descoperirea acestui fenomen a provocat euforie în lumea științifică. Cu toate acestea, publicarea în revista „Nature” din octombrie 2003 a răcit mințile entuziaste în multe feluri. S-a dovedit că celulele stem din sânge pătrund într-adevăr în creier, dar nu se transformă în neuroni, ci se contopesc cu ei, formând celule binucleare. Apoi, „vechiul” nucleu al neuronului este distrus și este înlocuit cu „noul” nucleu al celulei stem din sânge. În corpul șobolanului, celulele stem din sânge se contopesc în principal cu celulele gigantice ale cerebelului - celulele Purkinje, deși acest lucru se întâmplă destul de rar: doar câteva celule fuzionate pot fi găsite în întreg cerebelul. Fuziunea mai intensă a neuronilor are loc în ficat și mușchiul inimii. Nu este încă clar care este semnificația fiziologică în asta. Una dintre ipoteze este că celulele stem din sânge poartă cu ele material genetic nou, care, pătrunzând în celula cerebeloasă „veche”, îi prelungește viața.

Deci, noi neuroni pot apărea din celulele stem chiar și în creierul adult. Acest fenomen este deja utilizat pe scară largă pentru a trata diferite boli neurodegenerative (boli însoțite de moartea neuronilor din creier). Preparatele de celule stem pentru transplant sunt obținute în două moduri. Prima este utilizarea celulelor stem neuronale, care atât la embrion, cât și la adult sunt localizate în jurul ventriculilor creierului. A doua abordare este utilizarea celulelor stem embrionare. Aceste celule sunt situate în masa celulară internă într-un stadiu incipient al formării embrionilor. Ele sunt capabile să se transforme în aproape orice celulă din organism. Cea mai mare provocare în lucrul cu celulele embrionare este să le transformi în neuroni. Noile tehnologii fac posibil acest lucru.

Unele spitale din Statele Unite au format deja „biblioteci” de celule stem neuronale obținute din țesut embrionar și sunt transplantate la pacienți. Primele încercări de transplant dau rezultate pozitive, deși astăzi medicii nu pot rezolva problema principală a unor astfel de transplanturi: înmulțirea fulgerătoare a celulelor stem în 30-40% din cazuri duce la formarea de tumori maligne. Nu s-a găsit încă nicio abordare care să prevină acest efect secundar. Dar, în ciuda acestui fapt, transplantul de celule stem va fi, fără îndoială, una dintre principalele abordări în tratamentul bolilor neurodegenerative precum Alzheimer și Parkinson, care au devenit flagelul țărilor dezvoltate.