Възстановяват се нервните клетки
Популярният израз „Нервните клетки не се възстановяват“ се възприема от всички още от детството като неизменна истина. Тази аксиома обаче не е нищо повече от мит, а новите научни данни го опровергават..
Природата влага в развиващия се мозък много висока граница на безопасност: по време на ембриогенезата се образува голям излишък на неврони. Почти 70% от тях умират преди раждането на детето. Човешкият мозък продължава да губи неврони и след раждането през целия живот. Такава клетъчна смърт е генетично програмирана. Разбира се, не само невроните умират, но и други клетки на тялото. Само всички други тъкани имат висок регенеративен капацитет, т.е. техните клетки се делят, замествайки мъртвите. Процесът на регенерация е най-активен в епителните клетки и кръвотворните органи (червен костен мозък). Но има клетки, в които са блокирани гените, отговорни за размножаването чрез разделяне. В допълнение към невроните, тези клетки включват сърдечни мускулни клетки. Как хората успяват да запазят интелекта си до много напреднали години, ако нервните клетки умират и не се актуализират?
Едно възможно обяснение: в нервната система не всички работят едновременно, а само 10% от невроните. Този факт често се цитира в популярната и дори научната литература. Многократно трябваше да обсъждам това изявление с моите местни и чуждестранни колеги. И никой от тях не разбира откъде идва тази цифра. Всяка клетка живее едновременно и „работи“. Във всеки неврон се случват метаболитни процеси през цялото време, протеините се синтезират, нервните импулси се генерират и предават. Ето защо, оставяйки хипотезата за "почиващи" неврони, нека се обърнем към една от свойствата на нервната система, а именно, нейната изключителна пластичност..
Смисълът на пластичност е, че функциите на мъртвите нервни клетки се поемат от оцелелите им колеги, които увеличават размера си и образуват нови връзки, компенсирайки загубените функции. Високата, но не неограничена ефективност на такава компенсация може да се илюстрира с примера на болестта на Паркинсон, при която има постепенна смърт на неврони. Оказва се, че докато около 90% от невроните умират в мозъка, клиничните симптоми на заболяването (треперене на крайниците, ограничаване на подвижността, нестабилна походка, деменция) не се появяват, т.е. човек изглежда практически здрав. Така една жива нервна клетка може да замени девет мъртви.
Но пластичността на нервната система не е единственият механизъм, който позволява запазването на интелекта в крайната старост. Природата също има резервен вариант - появата на нови нервни клетки в мозъка на възрастни бозайници или неврогенеза.
Първият доклад за неврогенезата се появява през 1962 г. в престижното научно списание "Наука". Статията е озаглавена "Дали се образуват нови неврони в мозъците на възрастни бозайници?". Неговият автор, професор Джоузеф Олтман от университета Purdue (САЩ), използвайки електрически ток, унищожи една от структурите на мозъка на плъх (латерално геникулиращо тяло) и инжектира там радиоактивно вещество, което прониква в нововъзникващи клетки. Няколко месеца по-късно ученът откри нови радиоактивни неврони в таламуса (преден мозък) и мозъчната кора. През следващите седем години Алтман публикува още няколко документа, доказващи съществуването на неврогенеза в мозъците на възрастни бозайници. Но тогава, през 60-те години, неговата работа причинява само скептицизъм сред невролозите, тяхното развитие не последва..
И само двадесет години по-късно, неврогенезата отново е "открита", но вече в мозъка на птиците. Много изследователи от пойни птици обръщат внимание на факта, че по време на всеки чифт сезон мъжкото Канарско серие пее песен с нови „колене”. Нещо повече, той не приема нови трели от своите събратя, тъй като песните бяха актуализирани изолирано. Учените започнали да изучават в детайли основния вокален център на птиците, разположен в специален участък на мозъка, и установили, че в края на сезона на чифтосване (в канарчета пада през август и януари) значителна част от невроните на вокалния център са починали, вероятно поради прекомерния функционален товар , В средата на 80-те години професор Фернандо Нотебум от Университета Рокфелер (САЩ) е в състояние да покаже, че при възрастните мъжки канари процесът на неврогенеза се среща постоянно във вокалния център, но броят на образуваните неврони е предмет на сезонни колебания. Пикът на неврогенезата в канарчетата е през октомври и март, т.е. два месеца след сезоните на чифтосване. Затова редовно се обновява „библиотеката” на мъжките канарски песни..
В края на 80-те години неврогенезата се открива и при възрастни земноводни в лабораторията на ленинградския учен професор А.Л. Polenova.
Откъде идват новите неврони, ако нервните клетки не се делят? Източник на неврони при птиците и земноводните е невроналните стволови клетки на вентрикуларната стена. По време на развитието на ембриона, именно от тези клетки се образуват клетките на нервната система: неврони и глиални клетки. Но не всички стволови клетки се превръщат в клетки на нервната система - някои от тях са „скрити” и чакат на крилата.
Както беше показано, нови неврони се появяват от стволовите клетки на възрастния организъм и в по-ниските гръбначни. Въпреки това отне почти петнайсет години, за да се докаже, че подобен процес се случва в нервната система на бозайниците..
Развитието на неврологията в началото на 90-те години доведе до откриването на „новородени“ неврони в мозъка на възрастни плъхове и мишки. Те са открити предимно в еволюционно древни части на мозъка: обонятелни луковици и кортекс на хипокампа, които са отговорни главно за емоционалното поведение, реакцията на стреса и регулирането на сексуалните функции на бозайниците..
Подобно на птици и по-ниски гръбначни животни, при бозайниците, невронните стволови клетки са разположени близо до страничните вентрикули на мозъка. Прераждането им в неврони е много интензивно. При възрастни плъхове около 250 000 неврони се образуват от стволови клетки на месец, заменяйки 3% от всички хипокампални неврони. Животът на такива неврони е много висок - до 112 дни. Стволовите нервни клетки преодоляват дълъг път (около 2 cm). Те също така могат да мигрират в обонятелната крушка, превръщайки се в неврони там.
Ободряващите луковици на бозайници са отговорни за възприемането и първичната обработка на различни миризми, включително разпознаването на феромони - вещества, които по техния химичен състав са сходни с половите хормони. Сексуалното поведение на гризачи се регулира главно от производството на феромони. Хипокампусът се намира под хемисферите на мозъка. Функциите на тази сложно организирана структура са свързани с формирането на краткосрочната памет, реализирането на определени емоции и участието във формирането на сексуалното поведение. Наличието на постоянна неврогенеза при плъхове в обонятелните луковици и хипокампус се обяснява с факта, че тези структури носят основния функционален товар при гризачи. Следователно, нервните клетки в тях често умират, което означава, че те трябва да бъдат актуализирани..
За да разбере какви условия влияят на неврогенезата в хипокампуса и обонятелната луковица, професор Гейдж от Университета на Солк (САЩ) построи миниатюрен град. Там играеха мишки, занимаващи се с физическа култура, търсеха изходи от лабиринти. Оказа се, че в „градските“ мишки новите неврони се появяват в много по-голям брой, отколкото при пасивните им роднини, затънали в рутинния живот във вивариума.
Стволовите клетки могат да бъдат извлечени от мозъка и трансплантирани в друга част на нервната система, където те ще се превърнат в неврони. Професор Gage и неговите колеги проведоха няколко подобни експеримента, най-впечатляващите от които бяха следните. Част от мозъчна тъкан, съдържаща стволови клетки, беше трансплантирана в ретината на плъховете. (Фоточувствителната вътрешна стена на окото има „нервен“ произход: тя се състои от модифицирани неврони - пръчки и конуси. Когато фоточувствителният слой е разрушен, се появява слепота). Нещо повече, по време на трансплантацията на мозъчни стволови клетки в незасегнато око, не се наблюдават трансформации с тях. Вероятно, ако ретината е повредена, се получават някои вещества (например, така наречените растежни фактори), които стимулират неврогенезата. Точният механизъм на това явление все още не е ясен..
Учените са изправени пред задачата да покажат, че неврогенезата се среща не само при гризачи, но и при хора. За тази цел изследователи, ръководени от професор Gage, наскоро направиха сензационна работа. В една от американските ракови клиники, група пациенти с нелечими злокачествени новообразувания взеха химиотерапевтичното лекарство бромодиоксиуридин. Това вещество има важно свойство - способността да се натрупват в делящите се клетки на различни органи и тъкани. Бромодиоксиуридинът се включва в ДНК на майчината клетка и се съхранява в дъщерните клетки след разделяне на майчината клетка. Патологичното изследване показва, че невроните, съдържащи бромодиоксиуридин, се откриват в почти всички части на мозъка, включително мозъчната кора. Това означава, че тези неврони са нови клетки, които се появяват по време на разделението на стволови клетки. Резултатът безусловно потвърждава, че процесът на неврогенеза се среща при възрастни. Но ако гризачите имат неврогенеза само в хипокампуса, тогава при хората е много вероятно тя да обхване по-големи области на мозъка, включително кората на големите полукълба. Последните проучвания показват, че новите неврони в мозъка на възрастните могат да се формират не само от нервните стволови клетки, но и от кръвни стволови клетки. Откриването на този феномен предизвика еуфория в научния свят. Въпреки това, публикуването в списание Nature през октомври 2003 г. до голяма степен охлажда ентусиазираните умове. Оказа се, че кръвните стволови клетки проникват в мозъка, но не се превръщат в неврони, а се сливат с тях, образувайки биядрени клетки. Тогава “старото” ядро на неврона се унищожава и се заменя с “новото” ядро на кръвната стволова клетка. В организма на плъховете, стволовите клетки на кръвта се сливат предимно с гигантските клетки на малкия мозък - клетките на Пуркине, но това се случва доста рядко: само няколко слети клетки могат да бъдат намерени в целия мозък. По-интензивно се сливат неврони в черния дроб и сърдечния мускул. Докато е напълно неразбираемо, какво е физиологичното значение на това? Една хипотеза е, че кръвните стволови клетки носят със себе си нов генетичен материал, който, попадайки в "старата" клетка на малкия мозък, удължава живота му.
Така че, нови неврони могат да възникнат от стволови клетки дори в мозъка на възрастен. Това явление вече е широко използвано за лечение на различни невродегенеративни заболявания (заболявания, свързани със смъртта на неврони в мозъка). Препарати на стволови клетки за трансплантация се получават по два начина. Първият е използването на нервни стволови клетки, които и в ембриона, и в възрастния човек са разположени около вентрикулите на мозъка. Вторият подход е използването на ембрионални стволови клетки. Тези клетки се намират във вътрешната клетъчна маса в ранен стадий на ембрионална формация. Те могат да се трансформират в почти всяка клетка в тялото. Най-голямата трудност при работа с ембрионални клетки е да ги принуди да се трансформират в неврони. Новите технологии го правят възможно.
В някои лечебни заведения в САЩ „библиотеки” от невронни стволови клетки, получени от зародишна тъкан, вече са формирани и се трансплантират на пациенти. Първите опити за трансплантация дават положителни резултати, въпреки че днес лекарите не могат да решат основния проблем на такива трансплантации: неразрешеното размножаване на стволови клетки в 30-40% от случаите води до образуване на злокачествени тумори. Все още не е намерен подход, който да предотврати подобен страничен ефект. Но въпреки това, трансплантацията на стволови клетки несъмнено ще бъде един от основните подходи при лечението на невродегенеративни заболявания като болестта на Алцхаймер и Паркинсон, които станаха бич на развитите страни..
