Τα νευρικά κύτταρα αποκαθίστανται

2024 Συγγραφέας: Seth Attwood | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2023-12-16 16:02

Η δημοφιλής έκφραση «Τα νευρικά κύτταρα δεν ανακάμπτουν» γίνεται αντιληπτή από όλους από την παιδική ηλικία ως μια αμετάβλητη αλήθεια. Ωστόσο, αυτό το αξίωμα δεν είναι παρά ένας μύθος και νέα επιστημονικά δεδομένα το διαψεύδουν.

Η φύση έχει στον αναπτυσσόμενο εγκέφαλο ένα πολύ υψηλό περιθώριο ασφάλειας: κατά τη διάρκεια της εμβρυογένεσης, σχηματίζεται μια μεγάλη περίσσεια νευρώνων. Σχεδόν το 70% από αυτούς πεθαίνουν πριν από τη γέννηση ενός παιδιού. Ο ανθρώπινος εγκέφαλος συνεχίζει να χάνει νευρώνες μετά τη γέννηση, καθ' όλη τη διάρκεια της ζωής του. Αυτός ο κυτταρικός θάνατος είναι γενετικά προγραμματισμένος. Φυσικά, δεν πεθαίνουν μόνο οι νευρώνες, αλλά και άλλα κύτταρα του σώματος. Μόνο όλοι οι άλλοι ιστοί έχουν υψηλή αναγεννητική ικανότητα, δηλαδή τα κύτταρα τους διαιρούνται, αντικαθιστώντας τους νεκρούς.

Η διαδικασία αναγέννησης είναι πιο ενεργή στα κύτταρα του επιθηλίου και στα αιμοποιητικά όργανα (ερυθρός μυελός των οστών). Υπάρχουν όμως κύτταρα στα οποία μπλοκάρονται τα γονίδια που είναι υπεύθυνα για την αναπαραγωγή με διαίρεση. Εκτός από τους νευρώνες, αυτά τα κύτταρα περιλαμβάνουν τα κύτταρα του καρδιακού μυός. Πώς καταφέρνουν οι άνθρωποι να διατηρήσουν τη νοημοσύνη μέχρι τα βαθιά γεράματα, εάν τα νευρικά κύτταρα πεθάνουν και δεν ανανεώνονται;

Μία από τις πιθανές εξηγήσεις: δεν «δουλεύουν» όλοι οι νευρώνες ταυτόχρονα στο νευρικό σύστημα, αλλά μόνο το 10% των νευρώνων. Αυτό το γεγονός αναφέρεται συχνά στη λαϊκή και ακόμη και στην επιστημονική βιβλιογραφία. Χρειάστηκε επανειλημμένα να συζητήσω αυτή τη δήλωση με τους εγχώριους και ξένους συναδέλφους μου. Και κανείς τους δεν καταλαβαίνει από πού προήλθε αυτή η φιγούρα. Οποιοδήποτε κύτταρο ζει και «εργάζεται» ταυτόχρονα. Σε κάθε νευρώνα, οι μεταβολικές διεργασίες λαμβάνουν χώρα συνεχώς, οι πρωτεΐνες συντίθενται, οι νευρικές ώσεις δημιουργούνται και μεταδίδονται. Επομένως, αφήνοντας την υπόθεση των «αναπαυόμενων» νευρώνων, ας στραφούμε σε μια από τις ιδιότητες του νευρικού συστήματος, δηλαδή στην εξαιρετική πλαστικότητά του.

Η έννοια της πλαστικότητας είναι ότι τις λειτουργίες των νεκρών νευρικών κυττάρων αναλαμβάνουν οι επιζώντες «συνάδελφοί» τους, οι οποίοι αυξάνονται σε μέγεθος και σχηματίζουν νέες συνδέσεις, αντισταθμίζοντας τις χαμένες λειτουργίες. Η υψηλή, αλλά όχι άπειρη αποτελεσματικότητα μιας τέτοιας αντιστάθμισης μπορεί να απεικονιστεί με το παράδειγμα της νόσου του Πάρκινσον, στην οποία υπάρχει σταδιακός θάνατος νευρώνων. Αποδεικνύεται ότι έως ότου πεθάνει περίπου το 90% των νευρώνων στον εγκέφαλο, τα κλινικά συμπτώματα της νόσου (τρόμος των άκρων, περιορισμός της κινητικότητας, ασταθές βάδισμα, άνοια) δεν εμφανίζονται, δηλαδή το άτομο φαίνεται πρακτικά υγιές. Αυτό σημαίνει ότι ένα ζωντανό νευρικό κύτταρο μπορεί να αντικαταστήσει εννέα νεκρούς.

Όμως η πλαστικότητα του νευρικού συστήματος δεν είναι ο μόνος μηχανισμός που επιτρέπει τη διατήρηση της νοημοσύνης σε μια ώριμη ηλικία. Η φύση έχει επίσης μια εναλλακτική - την εμφάνιση νέων νευρικών κυττάρων στον εγκέφαλο των ενήλικων θηλαστικών ή τη νευρογένεση.

Η πρώτη αναφορά για τη νευρογένεση εμφανίστηκε το 1962 στο έγκριτο επιστημονικό περιοδικό Science. Το άρθρο είχε τίτλο "Σχηματίζονται νέοι νευρώνες στον εγκέφαλο των ενήλικων θηλαστικών;" Ο συγγραφέας του, ο καθηγητής Joseph Altman από το Πανεπιστήμιο Purdue (ΗΠΑ), με τη βοήθεια ηλεκτρικού ρεύματος, κατέστρεψε μια από τις δομές του εγκεφάλου του αρουραίου (το πλευρικό γεννητικό σώμα) και έκανε ένεση εκεί μια ραδιενεργή ουσία που διεισδύει στα νεοεμφανιζόμενα κύτταρα. Λίγους μήνες αργότερα, ο επιστήμονας ανακάλυψε νέους ραδιενεργούς νευρώνες στον θάλαμο (μέρος του πρόσθιου εγκεφάλου) και στον εγκεφαλικό φλοιό. Τα επόμενα επτά χρόνια, ο Altman δημοσίευσε αρκετές ακόμη μελέτες που αποδεικνύουν την ύπαρξη νευρογένεσης στον εγκέφαλο των ενήλικων θηλαστικών. Ωστόσο, στη συνέχεια, στη δεκαετία του 1960, το έργο του προκάλεσε μόνο σκεπτικισμό μεταξύ των νευροεπιστημόνων, η ανάπτυξή τους δεν ακολούθησε.

Και μόνο είκοσι χρόνια αργότερα η νευρογένεση «ανακαλύφθηκε ξανά», αλλά ήδη στον εγκέφαλο των πτηνών. Πολλοί ερευνητές ωδικών πτηνών έχουν παρατηρήσει ότι κατά τη διάρκεια κάθε περιόδου ζευγαρώματος, το αρσενικό καναρίνι Serinus canaria τραγουδά ένα τραγούδι με νέα «γόνατα». Επιπλέον, δεν υιοθετεί νέες τρίλιες από τους συντρόφους του, αφού τα τραγούδια ενημερώθηκαν ακόμη και μεμονωμένα. Οι επιστήμονες άρχισαν να μελετούν λεπτομερώς το κύριο φωνητικό κέντρο των πτηνών, που βρίσκεται σε ένα ειδικό τμήμα του εγκεφάλου, και διαπίστωσαν ότι στο τέλος της περιόδου ζευγαρώματος (στα καναρίνια συμβαίνει τον Αύγουστο και τον Ιανουάριο), ένα σημαντικό μέρος των νευρώνων του το φωνητικό κέντρο πέθανε, πιθανότατα λόγω υπερβολικού λειτουργικού φορτίου … Στα μέσα της δεκαετίας του 1980, ο καθηγητής Fernando Notteboom από το Πανεπιστήμιο Rockefeller (ΗΠΑ) μπόρεσε να δείξει ότι στα ενήλικα αρσενικά καναρίνια, η διαδικασία νευρογένεσης συμβαίνει συνεχώς στο φωνητικό κέντρο, αλλά ο αριθμός των νευρώνων που σχηματίζονται υπόκειται σε εποχιακές διακυμάνσεις. Η κορύφωση της νευρογένεσης στα καναρίνια εμφανίζεται τον Οκτώβριο και τον Μάρτιο, δηλαδή δύο μήνες μετά τις περιόδους ζευγαρώματος. Γι' αυτό η «μουσική βιβλιοθήκη» των τραγουδιών του αρσενικού καναρινιού ενημερώνεται τακτικά.

Στα τέλη της δεκαετίας του 1980, η νευρογένεση ανακαλύφθηκε επίσης σε ενήλικα αμφίβια στο εργαστήριο του επιστήμονα του Λένινγκραντ, καθηγητή A. L. Polenov.

Από πού προέρχονται οι νέοι νευρώνες εάν τα νευρικά κύτταρα δεν διαιρούνται; Η πηγή νέων νευρώνων τόσο στα πουλιά όσο και στα αμφίβια αποδείχθηκε ότι ήταν νευρωνικά βλαστοκύτταρα από το τοίχωμα των κοιλιών του εγκεφάλου. Κατά την ανάπτυξη του εμβρύου, από αυτά τα κύτταρα σχηματίζονται τα κύτταρα του νευρικού συστήματος: νευρώνες και νευρογλοιακά κύτταρα. Αλλά δεν μετατρέπονται όλα τα βλαστοκύτταρα σε κύτταρα του νευρικού συστήματος - μερικά από αυτά «κρύβονται» και περιμένουν στα φτερά.

Έχει αποδειχθεί ότι νέοι νευρώνες προκύπτουν από βλαστοκύτταρα του ενήλικου οργανισμού και στα κατώτερα σπονδυλωτά. Ωστόσο, χρειάστηκαν σχεδόν δεκαπέντε χρόνια για να αποδειχθεί ότι μια παρόμοια διαδικασία συμβαίνει στο νευρικό σύστημα των θηλαστικών.

Η πρόοδος στη νευροεπιστήμη στις αρχές της δεκαετίας του 1990 οδήγησε στην ανακάλυψη «νεογέννητων» νευρώνων στον εγκέφαλο ενήλικων αρουραίων και ποντικών. Βρέθηκαν κυρίως στα εξελικτικά αρχαία μέρη του εγκεφάλου: τους οσφρητικούς βολβούς και τον φλοιό του ιππόκαμπου, που είναι κυρίως υπεύθυνοι για τη συναισθηματική συμπεριφορά, την απόκριση στο στρες και τη ρύθμιση των σεξουαλικών λειτουργιών των θηλαστικών.

Ακριβώς όπως στα πουλιά και στα κατώτερα σπονδυλωτά, στα θηλαστικά, τα νευρωνικά βλαστοκύτταρα βρίσκονται κοντά στις πλευρικές κοιλίες του εγκεφάλου. Η μετατροπή τους σε νευρώνες είναι πολύ εντατική. Σε ενήλικους αρουραίους, σχηματίζονται περίπου 250.000 νευρώνες από βλαστοκύτταρα το μήνα, αντικαθιστώντας το 3% όλων των νευρώνων στον ιππόκαμπο. Η διάρκεια ζωής τέτοιων νευρώνων είναι πολύ υψηλή - έως 112 ημέρες. Τα νευρωνικά βλαστοκύτταρα ταξιδεύουν πολύ (περίπου 2 cm). Είναι επίσης σε θέση να μεταναστεύσουν στον οσφρητικό βολβό, μετατρέποντας σε νευρώνες εκεί.

Οι οσφρητικοί βολβοί του εγκεφάλου των θηλαστικών είναι υπεύθυνοι για την αντίληψη και την πρωτογενή επεξεργασία διαφόρων οσμών, συμπεριλαμβανομένης της αναγνώρισης των φερομονών - ουσιών που στη χημική τους σύσταση είναι κοντά στις ορμόνες του φύλου. Η σεξουαλική συμπεριφορά στα τρωκτικά ρυθμίζεται κυρίως από την παραγωγή φερομονών. Ο ιππόκαμπος βρίσκεται κάτω από τα εγκεφαλικά ημισφαίρια. Οι λειτουργίες αυτής της πολύπλοκης δομής συνδέονται με το σχηματισμό βραχυπρόθεσμης μνήμης, την πραγματοποίηση ορισμένων συναισθημάτων και τη συμμετοχή στη διαμόρφωση της σεξουαλικής συμπεριφοράς. Η παρουσία σταθερής νευρογένεσης στον οσφρητικό βολβό και στον ιππόκαμπο στους αρουραίους εξηγείται από το γεγονός ότι στα τρωκτικά αυτές οι δομές φέρουν το κύριο λειτουργικό φορτίο. Ως εκ τούτου, τα νευρικά κύτταρα σε αυτά συχνά πεθαίνουν, πράγμα που σημαίνει ότι πρέπει να ανανεωθούν.

Προκειμένου να κατανοήσει ποιες συνθήκες επηρεάζουν τη νευρογένεση στον ιππόκαμπο και τον οσφρητικό βολβό, ο καθηγητής Gage από το Πανεπιστήμιο Salk (ΗΠΑ) έχτισε μια μινιατούρα πόλης. Τα ποντίκια έπαιζαν εκεί, έκαναν φυσική αγωγή, έψαχναν εξόδους από τους λαβύρινθους. Αποδείχτηκε ότι στα «αστικά» ποντίκια, νέοι νευρώνες προέκυψαν σε πολύ μεγαλύτερο αριθμό από ό,τι στους παθητικούς συγγενείς τους, βυθισμένοι σε μια καθημερινή ζωή σε ένα vivarium.

Τα βλαστοκύτταρα μπορούν να αφαιρεθούν από τον εγκέφαλο και να μεταμοσχευθούν σε άλλο τμήμα του νευρικού συστήματος, όπου γίνονται νευρώνες. Ο καθηγητής Gage και οι συνεργάτες του πραγματοποίησαν αρκετά παρόμοια πειράματα, το πιο εντυπωσιακό από τα οποία ήταν το ακόλουθο. Ένα τμήμα εγκεφαλικού ιστού που περιέχει βλαστοκύτταρα μεταμοσχεύθηκε στον κατεστραμμένο αμφιβληστροειδή χιτώνα ενός ματιού αρουραίου. (Το φωτοευαίσθητο εσωτερικό τοίχωμα του ματιού έχει «νευρική» προέλευση: αποτελείται από τροποποιημένους νευρώνες - ράβδους και κώνους. Όταν το ευαίσθητο στο φως στρώμα καταστρέφεται, εμφανίζεται τύφλωση.) Τα μεταμοσχευμένα βλαστοκύτταρα του εγκεφάλου μετατρέπονται σε νευρώνες του αμφιβληστροειδούς, οι διαδικασίες τους έφτασαν στο οπτικό νεύρο και ο αρουραίος ξαναβρήκε την όρασή του! Επιπλέον, κατά τη μεταμόσχευση εγκεφαλικών βλαστοκυττάρων σε ένα άθικτο μάτι, δεν έγιναν μετασχηματισμοί με αυτά. Πιθανώς, όταν ο αμφιβληστροειδής είναι κατεστραμμένος, παράγονται ορισμένες ουσίες (για παράδειγμα, οι λεγόμενοι αυξητικοί παράγοντες) που διεγείρουν τη νευρογένεση. Ωστόσο, ο ακριβής μηχανισμός αυτού του φαινομένου δεν είναι ακόμη σαφής.

Οι επιστήμονες αντιμετώπισαν το καθήκον να δείξουν ότι η νευρογένεση συμβαίνει όχι μόνο στα τρωκτικά, αλλά και στους ανθρώπους. Για το σκοπό αυτό, ερευνητές υπό την καθοδήγηση του καθηγητή Gage πραγματοποίησαν πρόσφατα συγκλονιστική εργασία. Σε μια από τις αμερικανικές ογκολογικές κλινικές, μια ομάδα ασθενών με ανίατα κακοήθη νεοπλάσματα πήρε το χημειοθεραπευτικό φάρμακο βρωμοδιοξυουριδίνη. Αυτή η ουσία έχει μια σημαντική ιδιότητα - την ικανότητα να συσσωρεύεται στα διαιρούμενα κύτταρα διαφόρων οργάνων και ιστών. Η βρωμοδιοξυουριδίνη ενσωματώνεται στο DNA του μητρικού κυττάρου και αποθηκεύεται στα θυγατρικά κύτταρα μετά τη διαίρεση των μητρικών κυττάρων. Η παθολογική έρευνα έχει δείξει ότι νευρώνες που περιέχουν βρωμοδιοξυουριδίνη βρίσκονται σχεδόν σε όλα τα μέρη του εγκεφάλου, συμπεριλαμβανομένου του εγκεφαλικού φλοιού. Αυτοί οι νευρώνες λοιπόν ήταν νέα κύτταρα που προέκυψαν από τη διαίρεση των βλαστοκυττάρων. Το εύρημα επιβεβαίωσε άνευ όρων ότι η διαδικασία νευρογένεσης εμφανίζεται και σε ενήλικες. Αλλά αν στα τρωκτικά η νευρογένεση συμβαίνει μόνο στον ιππόκαμπο, τότε στους ανθρώπους, είναι πιθανό ότι μπορεί να συλλάβει πιο εκτεταμένες περιοχές του εγκεφάλου, συμπεριλαμβανομένου του εγκεφαλικού φλοιού. Πρόσφατες μελέτες έχουν δείξει ότι νέοι νευρώνες στον ενήλικο εγκέφαλο μπορούν να σχηματιστούν όχι μόνο από νευρωνικά βλαστοκύτταρα, αλλά από βλαστοκύτταρα του αίματος. Η ανακάλυψη αυτού του φαινομένου έχει προκαλέσει ευφορία στον επιστημονικό κόσμο. Ωστόσο, η δημοσίευση στο περιοδικό "Nature" τον Οκτώβριο του 2003 ξεψύχησε με πολλούς τρόπους τα ενθουσιώδη μυαλά. Αποδείχθηκε ότι τα βλαστοκύτταρα του αίματος πράγματι διεισδύουν στον εγκέφαλο, αλλά δεν μετατρέπονται σε νευρώνες, αλλά συγχωνεύονται μαζί τους, σχηματίζοντας διπύρηνα κύτταρα. Τότε ο «παλαιός» πυρήνας του νευρώνα καταστρέφεται, και αντικαθίσταται από τον «νέο» πυρήνα του βλαστοκυττάρου του αίματος. Στο σώμα του αρουραίου, τα βλαστοκύτταρα του αίματος συγχωνεύονται κυρίως με τα γιγαντιαία κύτταρα της παρεγκεφαλίδας - τα κύτταρα Purkinje, αν και αυτό συμβαίνει αρκετά σπάνια: μόνο μερικά συγχωνευμένα κύτταρα μπορούν να βρεθούν σε ολόκληρη την παρεγκεφαλίδα. Πιο έντονη σύντηξη νευρώνων συμβαίνει στο ήπαρ και τον καρδιακό μυ. Δεν είναι ακόμη σαφές ποιο είναι το φυσιολογικό νόημα σε αυτό. Μία από τις υποθέσεις είναι ότι τα βλαστοκύτταρα του αίματος φέρουν μαζί τους νέο γενετικό υλικό, το οποίο, μπαίνοντας στο «παλιό» κύτταρο της παρεγκεφαλίδας, παρατείνει τη ζωή του.

Έτσι, νέοι νευρώνες μπορούν να προκύψουν από βλαστοκύτταρα ακόμη και στον ενήλικο εγκέφαλο. Το φαινόμενο αυτό χρησιμοποιείται ήδη ευρέως για τη θεραπεία διαφόρων νευροεκφυλιστικών ασθενειών (ασθένειες που συνοδεύονται από θάνατο νευρώνων στον εγκέφαλο). Τα παρασκευάσματα βλαστοκυττάρων για μεταμόσχευση λαμβάνονται με δύο τρόπους. Το πρώτο είναι η χρήση νευρωνικών βλαστοκυττάρων, τα οποία τόσο στο έμβρυο όσο και στον ενήλικα βρίσκονται γύρω από τις κοιλίες του εγκεφάλου. Η δεύτερη προσέγγιση είναι η χρήση εμβρυϊκών βλαστοκυττάρων. Αυτά τα κύτταρα βρίσκονται στην εσωτερική κυτταρική μάζα σε πρώιμο στάδιο σχηματισμού εμβρύου. Είναι σε θέση να μεταμορφωθούν σε σχεδόν οποιοδήποτε κύτταρο του σώματος. Η μεγαλύτερη πρόκληση στην εργασία με εμβρυϊκά κύτταρα είναι να μετατραπούν σε νευρώνες. Οι νέες τεχνολογίες το καθιστούν δυνατό.

Ορισμένα νοσοκομεία στις Ηνωμένες Πολιτείες έχουν ήδη δημιουργήσει «βιβλιοθήκες» νευρωνικών βλαστοκυττάρων που λαμβάνονται από εμβρυϊκό ιστό και μεταμοσχεύονται σε ασθενείς. Οι πρώτες προσπάθειες μεταμόσχευσης αποφέρουν θετικά αποτελέσματα, αν και σήμερα οι γιατροί δεν μπορούν να λύσουν το κύριο πρόβλημα τέτοιων μεταμοσχεύσεων: ο αχαλίνωτος πολλαπλασιασμός των βλαστοκυττάρων στο 30-40% των περιπτώσεων οδηγεί στο σχηματισμό κακοήθων όγκων. Δεν έχει βρεθεί ακόμη προσέγγιση για την πρόληψη αυτής της παρενέργειας. Ωστόσο, παρόλα αυτά, η μεταμόσχευση βλαστοκυττάρων θα είναι αναμφίβολα μία από τις κύριες προσεγγίσεις στη θεραπεία νευροεκφυλιστικών ασθενειών όπως το Αλτσχάιμερ και το Πάρκινσον, που έχουν γίνει η μάστιγα των ανεπτυγμένων χωρών.