Nerveceller bliver genoprettet

2024 Forfatter: Seth Attwood | [email protected]. Sidst ændret: 2023-12-16 16:01

Det populære udtryk "Nerveceller kommer sig ikke" opfattes af alle fra barndommen som en uforanderlig sandhed. Dette aksiom er dog ikke andet end en myte, og nye videnskabelige data afkræfter det.

Naturen lægger i den udviklende hjerne en meget høj sikkerhedsmargin: under embryogenese dannes et stort overskud af neuroner. Næsten 70 % af dem dør før fødslen af et barn. Den menneskelige hjerne fortsætter med at miste neuroner efter fødslen, gennem hele livet. Denne celledød er genetisk programmeret. Selvfølgelig dør ikke kun neuroner, men også andre celler i kroppen. Kun alle andre væv har en høj regenerativ kapacitet, det vil sige, at deres celler deler sig og erstatter de døde.

Regenereringsprocessen er mest aktiv i cellerne i epitelet og hæmatopoietiske organer (rød knoglemarv). Men der er celler, hvor de gener, der er ansvarlige for reproduktion ved deling, er blokeret. Ud over neuroner omfatter disse celler cellerne i hjertemusklen. Hvordan formår folk at bevare intelligensen indtil meget høj alder, hvis nerveceller dør og ikke fornyes?

En af de mulige forklaringer: ikke alle neuroner "arbejder" samtidigt i nervesystemet, men kun 10% af neuroner. Dette faktum er ofte citeret i populær og endda videnskabelig litteratur. Jeg har gentagne gange været nødt til at diskutere denne udtalelse med mine indenlandske og udenlandske kolleger. Og ingen af dem forstår, hvor denne figur kom fra. Enhver celle lever og "virker" på samme tid. I hver neuron foregår der hele tiden metaboliske processer, proteiner syntetiseres, nerveimpulser genereres og transmitteres. Lad os derfor, hvis vi forlader hypotesen om "hvilende" neuroner, vende os til en af nervesystemets egenskaber, nemlig til dets exceptionelle plasticitet.

Betydningen af plasticitet er, at døde nervecellers funktioner overtages af deres overlevende "kolleger", som øges i størrelse og danner nye forbindelser, hvilket kompenserer for de tabte funktioner. Den høje, men ikke uendelige effektivitet af en sådan kompensation kan illustreres ved eksemplet med Parkinsons sygdom, hvor der er en gradvis død af neuroner. Det viser sig, at indtil omkring 90% af neuronerne i hjernen dør, vises de kliniske symptomer på sygdommen (skælven i lemmerne, begrænsning af mobilitet, ustabil gang, demens), det vil sige, at personen ser praktisk talt sund ud. Det betyder, at én levende nervecelle kan erstatte ni døde.

Men nervesystemets plasticitet er ikke den eneste mekanisme, der tillader bevarelsen af intelligens til en moden alder. Naturen har også et tilbagefald - fremkomsten af nye nerveceller i hjernen hos voksne pattedyr, eller neurogenese.

Den første rapport om neurogenese udkom i 1962 i det prestigefyldte videnskabelige tidsskrift Science. Artiklen havde titlen "Der nye neuroner til i hjernen hos voksne pattedyr?" Dens forfatter, professor Joseph Altman fra Purdue University (USA), ødelagde ved hjælp af en elektrisk strøm en af strukturerne i rottens hjerne (den laterale genikulære krop) og injicerede der et radioaktivt stof, der trænger ind i de nyligt opståede celler. Et par måneder senere opdagede videnskabsmanden nye radioaktive neuroner i thalamus (en del af forhjernen) og hjernebarken. I løbet af de næste syv år offentliggjorde Altman flere undersøgelser, der beviste eksistensen af neurogenese i hjernen hos voksne pattedyr. Men så, i 1960'erne, forårsagede hans arbejde kun skepsis blandt neurovidenskabsmænd, deres udvikling fulgte ikke.

Og kun tyve år senere blev neurogenese "genopdaget", men allerede i fuglenes hjerne. Mange sangfugleforskere har lagt mærke til, at i hver parringssæson synger kanariehannen Serinus canaria en sang med nye "knæ". Desuden adopterer han ikke nye triller fra sine kammerater, da sangene blev opdateret selv isoleret. Forskere begyndte at studere i detaljer fuglenes hovedvokalcenter, placeret i en særlig del af hjernen, og fandt ud af, at i slutningen af parringssæsonen (på kanariefuglene forekommer det i august og januar), en betydelig del af neuronerne i vokalcentret døde, sandsynligvis på grund af overdreven funktionel belastning … I midten af 1980'erne kunne professor Fernando Notteboom fra Rockefeller University (USA) vise, at hos voksne mandlige kanariefugle sker neurogeneseprocessen konstant i vokalcentret, men antallet af dannede neuroner er underlagt sæsonbestemte udsving. Toppen af neurogenese hos kanariefugle forekommer i oktober og marts, det vil sige to måneder efter parringssæsoner. Derfor bliver "musikbiblioteket" med den mandlige kanariefugls sange løbende opdateret.

I slutningen af 1980'erne blev neurogenese også opdaget hos voksne padder i Leningrad-forskeren professor A. L. Polenovs laboratorium.

Hvor kommer nye neuroner fra, hvis nerveceller ikke deler sig? Kilden til nye neuroner hos både fugle og padder viste sig at være neuronale stamceller fra væggen i hjernens ventrikler. Under udviklingen af embryonet er det fra disse celler, at cellerne i nervesystemet dannes: neuroner og gliaceller. Men ikke alle stamceller bliver til celler i nervesystemet - nogle af dem "gemmer sig" og venter i vingerne.

Det har vist sig, at nye neuroner opstår fra stamceller fra den voksne organisme og i lavere hvirveldyr. Det tog dog næsten femten år at bevise, at en lignende proces finder sted i pattedyrets nervesystem.

Fremskridt inden for neurovidenskab i begyndelsen af 1990'erne førte til opdagelsen af "nyfødte" neuroner i hjernen på voksne rotter og mus. De blev for det meste fundet i de evolutionært gamle dele af hjernen: lugteløgene og hippocampus cortex, som hovedsageligt er ansvarlige for følelsesmæssig adfærd, stressrespons og regulering af pattedyrs seksuelle funktioner.

Ligesom hos fugle og lavere hvirveldyr er neuronale stamceller hos pattedyr placeret nær hjernens laterale ventrikler. Deres transformation til neuroner er meget intensiv. Hos voksne rotter dannes omkring 250.000 neuroner fra stamceller om måneden, hvilket erstatter 3% af alle neuroner i hippocampus. Levetiden for sådanne neuroner er meget høj - op til 112 dage. Neuronale stamceller rejser langt (ca. 2 cm). De er også i stand til at migrere til lugtepæren og bliver til neuroner der.

Pattedyrshjernens lugteløg er ansvarlige for opfattelsen og primær bearbejdning af forskellige lugte, herunder genkendelsen af feromoner - stoffer, der i deres kemiske sammensætning er tæt på kønshormoner. Seksuel adfærd hos gnavere er primært reguleret af produktionen af feromoner. Hippocampus er placeret under de cerebrale hemisfærer. Funktionerne af denne komplekse struktur er forbundet med dannelsen af korttidshukommelse, realiseringen af visse følelser og deltagelse i dannelsen af seksuel adfærd. Tilstedeværelsen af konstant neurogenese i olfaktorisk pære og hippocampus hos rotter forklares af det faktum, at disse strukturer hos gnavere bærer den vigtigste funktionelle belastning. Derfor dør nervecellerne i dem ofte, hvilket betyder, at de skal fornyes.

For at forstå, hvilke forhold der påvirker neurogenese i hippocampus og lugteløg, byggede professor Gage fra Salk University (USA) en miniatureby. Musene legede der, dyrkede idræt, ledte efter udgange fra labyrinterne. Det viste sig, at i "bymus" opstod der nye neuroner i et meget større antal end hos deres passive slægtninge, fast i et rutinemæssigt liv i et vivarium.

Stamceller kan fjernes fra hjernen og transplanteres ind i en anden del af nervesystemet, hvor de bliver til neuroner. Professor Gage og hans kolleger udførte flere lignende eksperimenter, hvoraf det mest imponerende var følgende. En del af hjernevæv indeholdende stamceller blev transplanteret ind i den ødelagte nethinde i et rotteøje. (Øjets lysfølsomme indre væg har en "nervøs" oprindelse: den består af modificerede neuroner - stave og kegler. Når det lysfølsomme lag ødelægges, indtræder blindhed.) De transplanterede hjernestamceller blev til retinale neuroner, deres processer nåede synsnerven, og rotten genvandt sit syn! Desuden, når man transplanterede hjernestamceller i et intakt øje, fandt der ingen transformationer sted med dem. Sandsynligvis, når nethinden er beskadiget, produceres der nogle stoffer (for eksempel de såkaldte vækstfaktorer), der stimulerer neurogenese. Den nøjagtige mekanisme af dette fænomen er dog stadig ikke klar.

Forskere stod over for opgaven at vise, at neurogenese ikke kun forekommer hos gnavere, men også hos mennesker. Til dette formål udførte forskere under ledelse af professor Gage for nylig opsigtsvækkende arbejde. I en af de amerikanske onkologiske klinikker tog en gruppe patienter med uhelbredelige maligne neoplasmer det kemoterapeutiske lægemiddel bromodioxyuridin. Dette stof har en vigtig egenskab - evnen til at akkumulere i de delende celler i forskellige organer og væv. Bromodioxyuridin er inkorporeret i modercellens DNA og lagres i datterceller, efter at moderens celler deler sig. Patologisk forskning har vist, at neuroner, der indeholder bromodioxyuridin, findes i næsten alle dele af hjernen, inklusive hjernebarken. Så disse neuroner var nye celler, der opstod fra stamcelledeling. Fundet bekræftede ubetinget, at neurogeneseprocessen også forekommer hos voksne. Men hvis neurogenese hos gnavere kun forekommer i hippocampus, så hos mennesker, er det sandsynligt, at det kan fange mere omfattende områder af hjernen, herunder hjernebarken. Nylige undersøgelser har vist, at nye neuroner i den voksne hjerne kan dannes ikke kun fra neuronale stamceller, men fra blodstamceller. Opdagelsen af dette fænomen har forårsaget eufori i den videnskabelige verden. Publikationen i tidsskriftet "Nature" i oktober 2003 afkølede dog entusiastiske sind på mange måder. Det viste sig, at blodstamceller faktisk trænger ind i hjernen, men de bliver ikke til neuroner, men smelter sammen med dem og danner binukleære celler. Derefter ødelægges neurons "gamle" kerne, og den erstattes af blodstamcellens "nye" kerne. I rottens krop smelter blodstamceller hovedsageligt sammen med lillehjernens gigantiske celler - Purkinje-celler, selvom det sker ganske sjældent: Kun få sammensmeltede celler kan findes i hele lillehjernen. Mere intens fusion af neuroner forekommer i leveren og hjertemusklen. Det er endnu ikke klart, hvad den fysiologiske betydning er i dette. En af hypoteserne er, at blodstamceller bærer nyt genetisk materiale med sig, som, når de trænger ind i den "gamle" cerebellare celle, forlænger dens levetid.

Så nye neuroner kan opstå fra stamceller selv i den voksne hjerne. Dette fænomen er allerede meget brugt til at behandle forskellige neurodegenerative sygdomme (sygdomme ledsaget af neuronernes død i hjernen). Stamcellepræparater til transplantation opnås på to måder. Den første er brugen af neuronale stamceller, som i både embryonet og den voksne er placeret rundt om hjernens ventrikler. Den anden tilgang er brugen af embryonale stamceller. Disse celler er placeret i den indre cellemasse på et tidligt stadium af embryodannelse. De er i stand til at forvandle sig til næsten enhver celle i kroppen. Den største udfordring ved at arbejde med embryonale celler er at få dem til at forvandle sig til neuroner. Nye teknologier gør det muligt at gøre dette.

Nogle hospitaler i USA har allerede dannet "biblioteker" af neuronale stamceller opnået fra embryonalt væv og er ved at blive transplanteret til patienter. De første forsøg på transplantation giver positive resultater, selvom læger i dag ikke kan løse hovedproblemet med sådanne transplantationer: den voldsomme multiplikation af stamceller i 30-40% af tilfældene fører til dannelsen af ondartede tumorer. Der er endnu ikke fundet nogen fremgangsmåde til at forhindre denne bivirkning. Men på trods af dette vil stamcelletransplantation utvivlsomt være en af hovedtilgangene i behandlingen af neurodegenerative sygdomme som Alzheimers og Parkinsons, som er blevet udviklede landes plage.