Živčane stanice se obnavljaju

2024 Autor: Seth Attwood | [email protected]. Zadnja promjena: 2023-12-16 16:06

Popularni izraz "Živčane stanice se ne oporavljaju" svi od djetinjstva doživljavaju kao nepromjenjivu istinu. Međutim, ovaj aksiom nije ništa drugo do mit, a novi znanstveni podaci to pobijaju.

Priroda u mozgu u razvoju polaže vrlo visoku granicu sigurnosti: tijekom embriogeneze nastaje veliki višak neurona. Gotovo 70% njih umire prije rođenja djeteta. Ljudski mozak nastavlja gubiti neurone nakon rođenja, tijekom cijelog života. Ova stanična smrt je genetski programirana. Naravno, ne umiru samo neuroni, već i druge stanice tijela. Samo sva ostala tkiva imaju visoku sposobnost regeneracije, odnosno njihove se stanice dijele, zamjenjujući mrtve.

Proces regeneracije je najaktivniji u stanicama epitela i hematopoetskih organa (crvena koštana srž). Ali postoje stanice u kojima su geni odgovorni za reprodukciju diobom blokirani. Osim neurona, ove stanice uključuju stanice srčanog mišića. Kako ljudi uspijevaju sačuvati inteligenciju do duboke starosti, ako živčane stanice umiru i ne obnavljaju se?

Jedno od mogućih objašnjenja: ne "rade" svi neuroni istovremeno u živčanom sustavu, već samo 10% neurona. Ova se činjenica često citira u popularnoj, pa čak i znanstvenoj literaturi. O ovoj izjavi sam više puta morao razgovarati sa svojim domaćim i stranim kolegama. I nitko od njih ne razumije odakle je došla ova brojka. Svaka stanica živi i "radi" u isto vrijeme. U svakom neuronu se cijelo vrijeme odvijaju metabolički procesi, sintetiziraju se proteini, generiraju se i prenose živčani impulsi. Stoga, ostavljajući hipotezu o "mirujućim" neuronima, okrenimo se jednom od svojstava živčanog sustava, naime, njegovoj iznimnoj plastičnosti.

Smisao plastičnosti je da funkcije mrtvih živčanih stanica preuzimaju njihovi preživjeli "kolege", koji se povećavaju i stvaraju nove veze, nadoknađujući izgubljene funkcije. Visoka, ali ne i beskonačna učinkovitost takve kompenzacije može se ilustrirati na primjeru Parkinsonove bolesti, u kojoj dolazi do postupnog odumiranja neurona. Ispada da se sve dok oko 90% neurona u mozgu ne umre, klinički simptomi bolesti (drhtanje udova, ograničenje pokretljivosti, nesiguran hod, demencija) se ne pojavljuju, odnosno osoba izgleda praktički zdravo. To znači da jedna živa živčana stanica može zamijeniti devet mrtvih.

No, plastičnost živčanog sustava nije jedini mehanizam koji omogućuje očuvanje inteligencije do duboke starosti. Priroda ima i zamjenu - pojavu novih živčanih stanica u mozgu odraslih sisavaca, odnosno neurogenezu.

Prvo izvješće o neurogenezi pojavilo se 1962. godine u prestižnom znanstvenom časopisu Science. Članak je bio naslovljen "Formiraju li se novi neuroni u mozgu odraslih sisavaca?" Njegov autor, profesor Joseph Altman sa Sveučilišta Purdue (SAD), uz pomoć električne struje uništio je jednu od struktura mozga štakora (bočno koljeno tijelo) i tamo ubrizgao radioaktivnu tvar koja prodire u novonastale stanice. Nekoliko mjeseci kasnije, znanstvenik je otkrio nove radioaktivne neurone u talamusu (dio prednjeg mozga) i moždanoj kori. Tijekom sljedećih sedam godina, Altman je objavio još nekoliko studija koje dokazuju postojanje neurogeneze u mozgu odraslih sisavaca. Međutim, tada, 1960-ih, njegov je rad izazvao samo skepticizam među neuroznanstvenicima, njihov razvoj nije slijedio.

I tek dvadesetak godina kasnije neurogeneza je "ponovno otkrivena", ali već u mozgu ptica. Mnogi istraživači ptica pjevica primijetili su da tijekom svake sezone parenja mužjak kanarinca Serinus canaria pjeva pjesmu s novim "koljenima". Štoviše, ne usvaja nove trilove od svojih kolega, budući da su pjesme ažurirane čak i u izolaciji. Znanstvenici su počeli detaljno proučavati glavno vokalno središte ptica, smješteno u posebnom dijelu mozga, i otkrili da se na kraju sezone parenja (kod kanarinaca to događa u kolovozu i siječnju), značajan dio neurona vokalni centar je umro, vjerojatno zbog prekomjernog funkcionalnog opterećenja … Sredinom 1980-ih, profesor Fernando Notteboom sa Sveučilišta Rockefeller (SAD) uspio je pokazati da se kod odraslih mužjaka kanarinca proces neurogeneze odvija u vokalnom centru stalno, ali je broj formiranih neurona podložan sezonskim fluktuacijama. Vrhunac neurogeneze kod kanarinaca događa se u listopadu i ožujku, odnosno dva mjeseca nakon sezone parenja. Zato se redovito nadopunjuje "glazbena biblioteka" pjesama muškog kanarinca.

Krajem 1980-ih, neurogeneza je otkrivena i kod odraslih vodozemaca u laboratoriju lenjingradskog znanstvenika profesora A. L. Polenova.

Odakle dolaze novi neuroni ako se živčane stanice ne dijele? Ispostavilo se da su izvor novih neurona i kod ptica i kod vodozemaca neuronske matične stanice iz stijenke ventrikula mozga. Tijekom razvoja embrija, upravo iz tih stanica nastaju stanice živčanog sustava: neuroni i glijalne stanice. No, ne pretvaraju se sve matične stanice u stanice živčanog sustava – neke od njih se „skrivaju“i čekaju na krilima.

Pokazalo se da novi neuroni nastaju iz matičnih stanica odraslog organizma i nižih kralježnjaka. Međutim, bilo je potrebno gotovo petnaest godina da se dokaže da se sličan proces događa u živčanom sustavu sisavaca.

Napredak u neuroznanosti početkom 1990-ih doveo je do otkrića "novorođenih" neurona u mozgu odraslih štakora i miševa. Pronađeni su uglavnom u evolucijski drevnim dijelovima mozga: olfaktornim lukovicama i hipokampalnom korteksu, koji su uglavnom odgovorni za emocionalno ponašanje, odgovor na stres i regulaciju seksualnih funkcija sisavaca.

Baš kao i kod ptica i nižih kralježnjaka, kod sisavaca se neuronske matične stanice nalaze u blizini lateralnih ventrikula mozga. Njihova transformacija u neurone je vrlo intenzivna. U odraslih štakora mjesečno se formira oko 250.000 neurona iz matičnih stanica, zamjenjujući 3% svih neurona u hipokampusu. Životni vijek takvih neurona je vrlo visok - do 112 dana. Neuronske matične stanice putuju dug put (oko 2 cm). Također su u stanju migrirati u njušnu žarulju, pretvarajući se tamo u neurone.

Mirisne lukovice mozga sisavaca odgovorne su za percepciju i primarnu obradu različitih mirisa, uključujući i prepoznavanje feromona - tvari koje su po svom kemijskom sastavu bliske spolnim hormonima. Seksualno ponašanje glodavaca prvenstveno je regulirano proizvodnjom feromona. Hipokampus se nalazi ispod moždanih hemisfera. Funkcije ove složene strukture povezane su s formiranjem kratkoročnog pamćenja, realizacijom određenih emocija i sudjelovanjem u formiranju seksualnog ponašanja. Prisutnost stalne neurogeneze u olfaktornoj žarulji i hipokampusu u štakora objašnjava se činjenicom da u glodavaca ove strukture nose glavno funkcionalno opterećenje. Stoga živčane stanice u njima često odumiru, što znači da ih je potrebno obnavljati.

Kako bi shvatio koji uvjeti utječu na neurogenezu u hipokampusu i olfaktornoj lukovici, profesor Gage sa Sveučilišta Salk (SAD) izgradio je minijaturni grad. Tu su se miševi igrali, tjelesni odgoj, tražili izlaze iz labirinata. Pokazalo se da su kod "urbanih" miševa novi neuroni nastali u puno većem broju nego kod njihovih pasivnih rođaka, zaglibljenih u rutinskom životu u vivariju.

Matične stanice mogu se ukloniti iz mozga i presaditi u drugi dio živčanog sustava, gdje postaju neuroni. Profesor Gage i njegovi kolege proveli su nekoliko sličnih eksperimenata, od kojih je najimpresivniji sljedeći. Dio moždanog tkiva koji sadrži matične stanice presađen je u uništenu mrežnicu oka štakora. (Unutarnji zid oka osjetljiv na svjetlost ima "živčano" podrijetlo: sastoji se od modificiranih neurona - štapića i čunjeva. Kada se sloj osjetljiv na svjetlost uništi, nastupa sljepoća.) Transplantirane moždane matične stanice pretvorile su se u neurone retine., njihovi su procesi stigli do vidnog živca, a štakor je vratio vid! Štoviše, kod presađivanja moždanih matičnih stanica u netaknuto oko, s njima se nisu dogodile nikakve transformacije. Vjerojatno, kada je mrežnica oštećena, nastaju neke tvari (na primjer, tzv. faktori rasta) koji potiču neurogenezu. Međutim, točan mehanizam ovog fenomena još uvijek nije jasan.

Znanstvenici su bili suočeni sa zadatkom da pokažu da se neurogeneza ne događa samo kod glodavaca, već i kod ljudi. U tu svrhu, istraživači pod vodstvom profesora Gagea nedavno su obavili senzacionalan rad. U jednoj od američkih onkoloških klinika skupina pacijenata s neizlječivim malignim novotvorinama uzimala je kemoterapijski lijek bromodioksiuridin. Ova tvar ima važno svojstvo - sposobnost nakupljanja u stanicama koje se dijele različitih organa i tkiva. Bromodioksiuridin se ugrađuje u DNK matične stanice i pohranjuje se u stanicama kćeri nakon što se stanice majke podijele. Patološka istraživanja su pokazala da se neuroni koji sadrže bromodioksiuridin nalaze u gotovo svim dijelovima mozga, uključujući i moždanu koru. Dakle, ti neuroni su bile nove stanice koje su nastale diobom matičnih stanica. Nalaz je bezuvjetno potvrdio da se proces neurogeneze javlja i kod odraslih osoba. Ali ako se kod glodavaca neurogeneza događa samo u hipokampusu, onda je kod ljudi vjerojatno da može zahvatiti opsežnija područja mozga, uključujući moždanu koru. Nedavne studije su pokazale da se novi neuroni u mozgu odrasle osobe mogu formirati ne samo iz neuronskih matičnih stanica, već i iz krvnih matičnih stanica. Otkriće ovog fenomena izazvalo je euforiju u znanstvenom svijetu. Međutim, objava u časopisu "Nature" u listopadu 2003. ohladila je entuzijastične umove na mnogo načina. Pokazalo se da krvne matične stanice doista prodiru u mozak, ali se ne pretvaraju u neurone, već se spajaju s njima, stvarajući binuklearne stanice. Tada se uništava "stara" jezgra neurona, a zamjenjuje je "nova" jezgra krvne matične stanice. U tijelu štakora krvne matične stanice se uglavnom spajaju s divovskim stanicama malog mozga - Purkinjeovim stanicama, iako se to događa prilično rijetko: samo nekoliko spojenih stanica može se naći u cijelom malom mozgu. Intenzivnije spajanje neurona događa se u jetri i srčanom mišiću. Još nije jasno koji je fiziološki smisao u tome. Jedna od hipoteza je da krvne matične stanice nose sa sobom novi genetski materijal, koji ulaskom u "staru" cerebelarnu stanicu produljuje njezin život.

Dakle, novi neuroni mogu nastati iz matičnih stanica čak iu mozgu odrasle osobe. Ovaj fenomen se već naširoko koristi u liječenju raznih neurodegenerativnih bolesti (bolesti praćenih smrću neurona u mozgu). Pripravci matičnih stanica za transplantaciju dobivaju se na dva načina. Prvi je korištenje neuronskih matičnih stanica, koje se i u embrija i kod odrasle osobe nalaze oko ventrikula mozga. Drugi pristup je korištenje embrionalnih matičnih stanica. Te se stanice nalaze u unutarnjoj staničnoj masi u ranoj fazi formiranja embrija. Oni se mogu transformirati u gotovo svaku stanicu u tijelu. Najveći izazov u radu s embrionalnim stanicama je navesti ih da se transformiraju u neurone. Nove tehnologije to omogućuju.

Neke bolnice u Sjedinjenim Državama već su formirale "biblioteke" neuronskih matičnih stanica dobivenih iz embrionalnog tkiva, te se transplantiraju u pacijente. Prvi pokušaji transplantacije daju pozitivne rezultate, iako danas liječnici ne mogu riješiti glavni problem takvih transplantacija: bujno umnožavanje matičnih stanica u 30-40% slučajeva dovodi do nastanka malignih tumora. Još uvijek nije pronađen pristup koji bi spriječio ovu nuspojavu. No, unatoč tome, transplantacija matičnih stanica nesumnjivo će biti jedan od glavnih pristupa u liječenju neurodegenerativnih bolesti poput Alzheimerove i Parkinsonove bolesti, koje su postale pošast razvijenih zemalja.