Нервните клетки се възстановяват

2024 Автор: Seth Attwood | [email protected]. Последно модифициран: 2023-12-16 15:58

Популярният израз "Нервните клетки не се възстановяват" се възприема от всички от детството като неизменна истина. Тази аксиома обаче не е нищо повече от мит и нови научни данни я опровергават.

Природата залага в развиващия се мозък много висока граница на безопасност: по време на ембриогенезата се образува голям излишък от неврони. Почти 70% от тях умират преди раждането на дете. Човешкият мозък продължава да губи неврони след раждането, през целия живот. Тази клетъчна смърт е генетично програмирана. Разбира се, умират не само невроните, но и други клетки на тялото. Само всички останали тъкани имат висок регенеративен капацитет, тоест клетките им се делят, замествайки мъртвите.

Процесът на регенерация е най-активен в клетките на епитела и хемопоетичните органи (червен костен мозък). Но има клетки, в които гените, отговорни за възпроизвеждането чрез делене, са блокирани. В допълнение към невроните, тези клетки включват клетките на сърдечния мускул. Как хората успяват да запазят интелигентността си до дълбока старост, ако нервните клетки умират и не се обновяват?

Едно от възможните обяснения: не всички неврони "работят" едновременно в нервната система, а само 10% от невроните. Този факт често се цитира в популярната и дори научна литература. Многократно ми се е налагало да обсъждам това твърдение с мои местни и чуждестранни колеги. И никой от тях не разбира откъде идва тази цифра. Всяка клетка живее и "работи" едновременно. Във всеки неврон непрекъснато протичат метаболитни процеси, синтезират се протеини, генерират се и се предават нервни импулси. Следователно, оставяйки хипотезата за „почиващи“неврони, нека се обърнем към едно от свойствата на нервната система, а именно към нейната изключителна пластичност.

Смисълът на пластичността е, че функциите на мъртвите нервни клетки се поемат от оцелелите им „колеги“, които се увеличават по размер и образуват нови връзки, компенсиращи загубените функции. Високата, но не безкрайна ефективност на такава компенсация може да се илюстрира с примера на болестта на Паркинсон, при която има постепенна смърт на невроните. Оказва се, че докато не умрат около 90% от невроните в мозъка, клиничните симптоми на заболяването (треперене на крайниците, ограничаване на подвижността, нестабилна походка, деменция) не се проявяват, тоест човекът изглежда практически здрав. Това означава, че една жива нервна клетка може да замени девет мъртви.

Но пластичността на нервната система не е единственият механизъм, който позволява запазването на интелигентността до дълбока 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 Science. Статията беше озаглавена „Образуват ли се нови неврони в мозъка на възрастни бозайници?“Неговият автор, професор Джоузеф Алтман от университета Пърдю (САЩ), с помощта на електрически ток разрушава една от структурите на мозъка на плъха (страничното колено тяло) и инжектира там радиоактивно вещество, което прониква в новопоявяващите се клетки. Няколко месеца по-късно ученият открива нови радиоактивни неврони в таламуса (част от предния мозък) и мозъчната кора. През следващите седем години Алтман публикува още няколко проучвания, доказващи съществуването на неврогенеза в мозъка на възрастни бозайници. Но тогава, през 60-те години, работата му предизвиква само скептицизъм сред невролозите, тяхното развитие не последва.

И само двадесет години по-късно неврогенезата е „преоткрита“, но вече в мозъка на птиците. Много изследователи на пойни птици са забелязали, че през всеки сезон на чифтосване мъжкото канарче Serinus canaria пее песен с нови „колена“. Освен това той не приема нови трели от своите колеги, тъй като песните бяха актуализирани дори изолирано. Учените започнаха да изучават подробно главния гласов център на птиците, разположен в специален участък на мозъка, и установиха, че в края на сезона на чифтосване (при канарчетата това се случва през август и януари), значителна част от невроните на вокалния център умря, вероятно поради прекомерно функционално натоварване … В средата на 80-те години на миналия век професор Фернандо Нотебум от университета Рокфелер (САЩ) успя да докаже, че при възрастни мъжки канарчета процесът на неврогенеза се случва във вокалния център постоянно, но броят на образуваните неврони подлежи на сезонни колебания. Пикът на неврогенезата при канарчетата настъпва през октомври и март, тоест два месеца след сезона на чифтосване. Ето защо „музикотеката“на песните на мъжкото канарче се актуализира редовно.

В края на 80-те години на миналия век неврогенезата е открита и при възрастни земноводни в лабораторията на ленинградския учен професор А. Л. Поленов.

Откъде идват новите неврони, ако нервните клетки не се делят? Източникът на нови неврони както при птиците, така и при земноводните се оказват невронни стволови клетки от стената на вентрикулите на мозъка. По време на развитието на ембриона 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 се „скриват“и чакат за крилете си.

Доказано е, че нови неврони възникват от стволови клетки на възрастния организъм и при по-ниските гръбначни животни. Отне обаче почти петнадесет години, за да се докаже, че подобен процес протича в нервната система на бозайниците.

Напредъкът в неврологията в началото на 90-те години на миналия век доведе до откриването на "новородени" неврони в мозъците на възрастни плъхове и мишки. Те са открити предимно в еволюционно древните части на мозъка: обонятелните луковици и кората на хипокампа, които са отговорни главно за емоционалното поведение, реакцията на стрес и регулирането на сексуалните функции на бозайниците.

Точно както при птиците и по-ниските гръбначни животни, при бозайниците невронните стволови клетки са разположени близо до страничните вентрикули на мозъка. Тяхната трансформация в неврони е много интензивна. При възрастни плъхове около 250 000 неврони се образуват от стволови клетки на месец, замествайки 3% от всички неврони в хипокампуса. Продължителността на живота на такива неврони е много висока - до 112 дни. Невронните стволови клетки пътуват дълъг път (около 2 см). Те също така са в състояние да мигрират към обонятелната луковица, превръщайки се в неврони там.

Обонятелните луковици на мозъка на бозайниците са отговорни за възприемането и първичната обработка на различни миризми, включително разпознаването на феромони - вещества, които по своя химичен състав са близки до половите хормони. Сексуалното поведение при гризачите се регулира основно от производството на феромони. Хипокампусът се намира под мозъчните полукълба. Функциите на тази сложна структура са свързани с формирането на краткосрочна памет, реализирането на определени емоции и участието във формирането на сексуалното поведение. Наличието на постоянна неврогенеза в обонятелната луковица и хипокампуса при плъхове се обяснява с факта, че при гризачите тези структури носят основното функционално натоварване. Поради това нервните клетки в тях често загиват, което означава, че трябва да бъдат обновени.

За да разбере какви условия влияят на неврогенезата в хипокампуса и обонятелната луковица, професор Гейдж от Университета Солк (САЩ) построява миниатюрен град. Мишките играеха там, правеха физкултура, търсеха изходи от лабиринтите. Оказа се, че при "градските" мишки нови неврони възникват в много по-голям брой, отколкото при пасивните им роднини, затънали в рутинен живот във вивариум.

Стволовите клетки могат да бъдат отстранени от мозъка и трансплантирани в друга част на нервната система, където се превръщат в неврони. Професор Гейдж и неговите колеги проведоха няколко подобни експеримента, най-впечатляващият от които беше следният. Част от мозъчна тъкан, съдържаща стволови клетки, беше трансплантирана в унищожена ретина на окото на плъх. (Светлочувствителната вътрешна стена на окото има "нервен" произход: тя се състои от модифицирани неврони - пръчки и конуси. Когато светлочувствителният слой бъде разрушен, настъпва слепота.) Трансплантираните мозъчни стволови клетки се превърнаха в неврони на ретината, техните процеси достигат до зрителния нерв и плъхът си възвръща зрението! Освен това, при трансплантация на мозъчни стволови клетки в непокътнато око, с тях не се извършват никакви трансформации. Вероятно, когато ретината е увредена, се произвеждат някои вещества (например, така наречените растежни фактори), които стимулират неврогенезата. Точният механизъм на това явление обаче все още не е ясен.

Учените бяха изправени пред задачата да покажат, че неврогенезата се среща не само при гризачи, но и при хора. За тази цел изследователи под ръководството на професор Гейдж наскоро извършиха сензационна работа. В една от американските онкологични клиники група пациенти с нелечими злокачествени новообразувания приемаха химиотерапевтичното лекарство бромдиоксиуридин. Това вещество има важно свойство - способността да се натрупва в делящите се клетки на различни органи и тъкани. Бромдиоксиуридинът се включва в ДНК на майчината клетка и се съхранява в дъщерните клетки след деленето на клетките на майката. Патологичните изследвания показват, че невроните, съдържащи бромдиоксиуридин, се намират в почти всички части на мозъка, включително мозъчната кора. Така че тези неврони бяха нови клетки, които се появиха от деленето на стволови клетки. Находката безусловно потвърди, че процесът на неврогенеза протича и при възрастни. Но ако при гризачи неврогенезата се случва само в хипокампуса, то при хората е вероятно тя да улови по-обширни области на мозъка, включително мозъчната кора. Последните проучвания показват, че нови неврони в мозъка на възрастните могат да се образуват не само от невронни стволови клетки, но и от кръвни стволови клетки. Откриването на този феномен предизвика еуфория в научния свят. Публикацията в списание "Nature" през октомври 2003 г. обаче охлади ентусиазираните умове в много отношения. Оказа се, че кръвните стволови клетки наистина проникват в мозъка, но те не се превръщат в неврони, а се сливат с тях, образувайки двуядрени клетки. Тогава "старото" ядро на неврона се разрушава и то се заменя с "новото" ядро на кръвната стволова клетка. В тялото на плъха кръвните стволови клетки се сливат главно с гигантските клетки на малкия мозък - клетките на Пуркине, въпреки че това се случва доста рядко: само няколко слети клетки могат да бъдат намерени в целия малък мозък. По-интензивно сливане на неврони се случва в черния дроб и сърдечния мускул. Все още не е ясно какъв е физиологичният смисъл в това. Една от хипотезите е, че кръвните стволови клетки носят със себе си нов генетичен материал, който, влизайки в „старата” мозъчна клетка, удължава живота й.

Така че нови неврони могат да възникнат от стволови клетки дори в мозъка на възрастните. Това явление вече се използва широко за лечение на различни невродегенеративни заболявания (заболявания, придружени от смъртта на невроните в мозъка). Препаратите от стволови клетки за трансплантация се получават по два начина. Първият е използването на невронни стволови клетки, които както при ембриона, така и при възрастния 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 формиране на ембриона. Те са в състояние да се трансформират в почти всяка клетка в тялото. Най-голямото предизвикателство при работата с ембрионални клетки е да ги накарате да се трансформират в неврони. Новите технологии позволяват това.

Някои болници в Съединените щати вече са формирали "библиотеки" от невронни стволови клетки, получени от ембрионална тъкан, 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: буйното размножаване на стволови клетки в 30-40% от случаите води до образуване на злокачествени тумори. Все още не е намерен подход за предотвратяване на този 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 се превърнаха в бича на развитите страни.