Hermosolut kunnostetaan

2024 Kirjoittaja: Seth Attwood | [email protected]. Viimeksi muokattu: 2023-12-16 16:04

Suositun ilmaisun "hermosolut eivät toipu" kaikki ovat pitäneet lapsuudesta lähtien muuttumattomana totuutena. Tämä aksiooma on kuitenkin vain myytti, ja uudet tieteelliset tiedot kumoavat sen.

Luonto asettaa kehittyville aivoille erittäin suuren turvamarginaalin: alkion synnyn aikana muodostuu suuri ylimäärä hermosoluja. Lähes 70 prosenttia heistä kuolee ennen lapsen syntymää. Ihmisen aivot menettävät hermosoluja syntymän jälkeen koko elämänsä ajan. Tämä solukuolema on geneettisesti ohjelmoitu. Tietenkään eivät vain neuronit kuole, vaan myös muut kehon solut. Vain kaikilla muilla kudoksilla on korkea regeneraatiokyky, eli niiden solut jakautuvat ja korvaavat kuolleet.

Regeneraatioprosessi on aktiivisinta epiteelin ja hematopoieettisten elinten soluissa (punainen luuydin). Mutta on soluja, joissa jakautumisen kautta lisääntymisestä vastaavat geenit on estetty. Näihin soluihin kuuluvat neuronien lisäksi sydänlihaksen solut. Kuinka ihmiset onnistuvat säilyttämään älykkyyden hyvin vanhuuteen asti, jos hermosolut kuolevat eivätkä uusiudu?

Yksi mahdollisista selityksistä: eivät kaikki hermosolut "työskentele" samanaikaisesti hermostossa, vaan vain 10 % hermosoluista. Tämä tosiasia mainitaan usein suositussa ja jopa tieteellisessä kirjallisuudessa. Olen toistuvasti joutunut keskustelemaan tästä lausunnosta kotimaisten ja ulkomaisten kollegoideni kanssa. Eikä kukaan heistä ymmärrä, mistä tämä luku on peräisin. Mikä tahansa solu elää ja "toimii" samaan aikaan. Jokaisessa neuronissa aineenvaihduntaprosesseja tapahtuu koko ajan, proteiineja syntetisoidaan, hermoimpulsseja syntyy ja välitetään. Siksi, jättäen hypoteesin "lepäävistä" neuroneista, käännytään yhteen hermoston ominaisuuksiin, nimittäin sen poikkeukselliseen plastisuuteen.

Plastisuuden merkitys on se, että kuolleiden hermosolujen toiminnot ottavat haltuunsa niiden elossa olevat "kollegat", jotka kasvavat ja muodostavat uusia yhteyksiä kompensoiden menetettyjä toimintoja. Tällaisen kompensoinnin korkea, mutta ei ääretön tehokkuus voidaan havainnollistaa esimerkillä Parkinsonin taudista, jossa hermosolut kuolevat asteittain. Osoittautuu, että ennen kuin noin 90 % aivojen hermosoluista kuolee, taudin kliiniset oireet (raajojen vapina, liikkuvuuden rajoitus, epävakaa kävely, dementia) eivät ilmaannu, eli ihminen näyttää käytännössä terveeltä. Tämä tarkoittaa, että yksi elävä hermosolu voi korvata yhdeksän kuollutta.

Mutta hermoston plastisuus ei ole ainoa mekanismi, joka mahdollistaa älykkyyden säilyttämisen kypsään vanhuuteen asti. Luonnolla on myös takaisku – uusien hermosolujen ilmaantuminen aikuisten nisäkkäiden aivoihin eli neurogeneesi.

Ensimmäinen neurogeneesiraportti julkaistiin vuonna 1962 arvostetussa Science-lehdessä. Artikkelin otsikko oli "Muotoutuuko uusia neuroneja aikuisten nisäkkäiden aivoihin?" Sen kirjoittaja, professori Joseph Altman Purduen yliopistosta (USA) tuhosi sähkövirran avulla yhden rotan aivojen rakenteen (lateral geniculate body) ja ruiskutti sinne radioaktiivista ainetta, joka tunkeutuu uusiin soluihin. Muutamaa kuukautta myöhemmin tiedemies löysi uusia radioaktiivisia hermosoluja talamuksesta (osa etuaivoista) ja aivokuoresta. Seuraavien seitsemän vuoden aikana Altman julkaisi useita lisää tutkimuksia, jotka osoittavat neurogeneesin olemassaolon aikuisten nisäkkäiden aivoissa. Kuitenkin sitten, 1960-luvulla, hänen työnsä aiheutti vain skeptisyyttä neurotieteilijöiden keskuudessa, heidän kehitystään ei seurannut.

Ja vasta kaksikymmentä vuotta myöhemmin neurogeneesi "löydettiin uudelleen", mutta jo lintujen aivoissa. Monet laululintututkijat ovat huomanneet, että jokaisen parittelukauden aikana uroskanarialintu Serinus canaria laulaa laulua uusilla "polvilla". Lisäksi hän ei ota uusia trillejä kollegoiltaan, koska kappaleet päivitettiin jopa erikseen. Tiedemiehet alkoivat tutkia yksityiskohtaisesti lintujen päääänikeskusta, joka sijaitsee erityisessä aivojen osassa, ja havaitsivat, että parittelukauden lopussa (kanariansaarilla se tapahtuu elo- ja tammikuussa) merkittävä osa hermosoluista. laulukeskus kuoli luultavasti liiallisesta toiminnallisesta kuormituksesta … 1980-luvun puolivälissä professori Fernando Notteboom Rockefeller-yliopistosta (USA) pystyi osoittamaan, että aikuisilla kanarialinjoilla hermosolujen muodostumisprosessi tapahtuu äänikeskuksessa jatkuvasti, mutta muodostuneiden hermosolujen määrä on alttiina vuodenaikojen vaihteluille. Kanariansaarten neurogeneesin huippu tapahtuu loka-maaliskuussa, eli kaksi kuukautta parittelukauden jälkeen. Tästä syystä kanarian uroslaulujen "musiikkikirjastoa" päivitetään säännöllisesti.

1980-luvun lopulla neurogeneesi havaittiin myös aikuisilla sammakkoeläimillä Leningradin tiedemiehen professori A. L. Polenovin laboratoriossa.

Mistä uudet neuronit tulevat, jos hermosolut eivät jakautu? Uusien hermosolujen lähteeksi sekä linnuissa että sammakkoeläimissä osoittautuivat aivojen kammioiden seinämästä peräisin olevat hermosolujen kantasolut. Alkion kehityksen aikana hermoston solut muodostuvat näistä soluista: hermosolut ja gliasolut. Mutta kaikki kantasolut eivät muutu hermoston soluiksi - jotkut niistä "piiloutuvat" ja odottavat siivissä.

On osoitettu, että uusia hermosoluja syntyy aikuisen organismin kantasoluista ja alemmissa selkärankaisissa. Kesti kuitenkin lähes viisitoista vuotta todistaa, että samanlainen prosessi tapahtuu nisäkkäiden hermostossa.

Neurotieteen edistysaskel 1990-luvun alussa johti "vastasyntyneiden" neuronien löytämiseen aikuisten rottien ja hiirten aivoista. Niitä löydettiin enimmäkseen evoluution muinaisista aivojen osista: hajusoluista ja hippokampuksen aivokuoresta, jotka ovat pääasiassa vastuussa tunnekäyttäytymisestä, stressireaktioista ja nisäkkäiden seksuaalisten toimintojen säätelystä.

Kuten linnuilla ja alemmilla selkärankaisilla, nisäkkäillä hermosolujen kantasolut sijaitsevat lähellä aivojen sivukammioita. Niiden muuntuminen neuroneiksi on erittäin intensiivistä. Aikuisilla rotilla kantasoluista muodostuu kuukaudessa noin 250 000 hermosolua, jotka korvaavat 3 % kaikista aivotursoalueen hermosoluista. Tällaisten neuronien elinikä on erittäin korkea - jopa 112 päivää. Neuronaaliset kantasolut kulkevat pitkän matkan (noin 2 cm). Ne pystyvät myös siirtymään hajulamppuun ja muuttumaan siellä hermosoluiksi.

Nisäkkään aivojen hajusipulit ovat vastuussa erilaisten hajujen havaitsemisesta ja ensisijaisesta käsittelystä, mukaan lukien feromonien tunnistaminen - aineet, jotka kemiallisessa koostumuksessaan ovat lähellä sukupuolihormoneja. Jyrsijöiden seksuaalista käyttäytymistä säätelee ensisijaisesti feromonien tuotanto. Hippokampus sijaitsee aivopuoliskon alla. Tämän monimutkaisen rakenteen toiminnot liittyvät lyhytaikaisen muistin muodostumiseen, tiettyjen tunteiden toteuttamiseen ja osallistumiseen seksuaalisen käyttäytymisen muodostumiseen. Jatkuvan neurogeneesin esiintyminen rottien hajusolussa ja hippokampuksessa selittyy sillä, että jyrsijöillä nämä rakenteet kantavat pääasiallisen toiminnallisen kuormituksen. Siksi niissä olevat hermosolut kuolevat usein, mikä tarkoittaa, että ne on uusittava.

Ymmärtääkseen, mitkä olosuhteet vaikuttavat neurogeneesiin hippokampuksessa ja hajulampussa, professori Gage Salkin yliopistosta (USA) rakensi pienoiskaupungin. Hiiret leikkivät siellä, harjoittelivat liikuntaa, etsivät uloskäyntiä labyrinteista. Kävi ilmi, että "kaupunki"hiirissä uusia hermosoluja syntyi paljon enemmän kuin heidän passiivisissa sukulaisissaan, jotka ovat juuttuneet rutiininomaiseen elämään vivaariumissa.

Kantasolut voidaan poistaa aivoista ja siirtää toiseen hermoston osaan, jossa niistä tulee hermosoluja. Professori Gage ja hänen kollegansa suorittivat useita samanlaisia kokeita, joista vaikuttavin oli seuraava. Osa aivokudosta, joka sisälsi kantasoluja, siirrettiin rotan silmän tuhoutuneeseen verkkokalvoon. (Silmän valoherkällä sisäseinällä on "hermosto" alkuperä: se koostuu muunnetuista hermosoluista - sauvoista ja kartioista. Kun valoherkkä kerros tuhoutuu, sokeus tulee.) Siirretyt aivojen kantasolut muuttuivat verkkokalvon hermosoluiksi., niiden prosessit saavuttivat näköhermon, ja rotta sai näkönsä takaisin! Lisäksi kun aivokantasoluja siirrettiin ehjään silmään, niissä ei tapahtunut muutoksia. Todennäköisesti verkkokalvon vaurioituessa syntyy joitain aineita (esimerkiksi ns. kasvutekijöitä), jotka stimuloivat neurogeneesiä. Tämän ilmiön tarkka mekanismi ei kuitenkaan ole vielä selvillä.

Tutkijoiden tehtävänä oli osoittaa, että neurogeneesiä ei tapahdu vain jyrsijöillä, vaan myös ihmisillä. Tätä varten professori Gagen johdolla tutkijat tekivät äskettäin sensaatiomaista työtä. Yhdessä amerikkalaisessa onkologisessa klinikassa ryhmä potilaita, joilla oli parantumattomia pahanlaatuisia kasvaimia, otti kemoterapeuttista lääkettä bromodioksiuridiinia. Tällä aineella on tärkeä ominaisuus - kyky kertyä eri elinten ja kudosten jakautuviin soluihin. Bromodioksiuridiini liitetään emosolun DNA:han ja varastoidaan tytärsoluihin emosolujen jakautumisen jälkeen. Patologiset tutkimukset ovat osoittaneet, että bromodioksiuridiinia sisältäviä hermosoluja löytyy melkein kaikista aivojen osista, mukaan lukien aivokuoresta. Joten nämä neuronit olivat uusia soluja, jotka syntyivät kantasolujen jakautumisesta. Löytö vahvisti ehdoitta, että neurogeneesiprosessia esiintyy myös aikuisilla. Mutta jos jyrsijöillä neurogeneesi tapahtuu vain hippokampuksessa, niin ihmisillä on todennäköistä, että se voi kaapata laajempia aivojen alueita, mukaan lukien aivokuoren. Viimeaikaiset tutkimukset ovat osoittaneet, että uusia hermosoluja aikuisen aivoissa voidaan muodostaa paitsi hermosolujen kantasoluista myös veren kantasoluista. Tämän ilmiön löytäminen on aiheuttanut euforiaa tiedemaailmassa. Kuitenkin julkaisu Nature-lehdessä lokakuussa 2003 jäähdytti innostunutta mieltä monella tapaa. Kävi ilmi, että veren kantasolut todellakin tunkeutuvat aivoihin, mutta ne eivät muutu hermosoluiksi, vaan sulautuvat niihin muodostaen kaksitumaisia soluja. Sitten hermosolun "vanha" ydin tuhoutuu, ja sen tilalle tulee "uusi" veren kantasolun ydin. Rotan kehossa veren kantasolut sulautuvat pääasiassa pikkuaivojen jättiläissolujen - Purkinje-solujen kanssa, vaikka tämä tapahtuu melko harvoin: koko pikkuaivoista löytyy vain muutamia sulautuneita soluja. Voimakkaampi hermosolujen fuusio tapahtuu maksassa ja sydänlihaksessa. Vielä ei ole selvää, mikä tämän fysiologinen merkitys on. Yksi hypoteeseista on, että veren kantasolut kantavat mukanaan uutta geneettistä materiaalia, joka päästään "vanhaan" pikkuaivosoluun pidentää sen elinikää.

Joten uusia hermosoluja voi syntyä kantasoluista jopa aikuisen aivoissa. Tätä ilmiötä käytetään jo laajalti erilaisten neurodegeneratiivisten sairauksien (sairauksien, joihin liittyy aivojen hermosolujen kuolema) hoitoon. Kantasoluvalmisteita siirtoa varten saadaan kahdella tavalla. Ensimmäinen on hermosolujen kantasolujen käyttö, jotka sekä alkiolla että aikuisella sijaitsevat aivojen kammioiden ympärillä. Toinen lähestymistapa on alkion kantasolujen käyttö. Nämä solut sijaitsevat sisäisessä solumassassa alkion muodostumisen varhaisessa vaiheessa. Ne pystyvät muuttumaan melkein mihin tahansa kehon soluun. Suurin haaste alkiosolujen kanssa työskentelyssä on saada ne muuttumaan hermosoluiksi. Uudet tekniikat mahdollistavat tämän.

Jotkut Yhdysvaltojen sairaalat ovat jo muodostaneet "kirjastoja" alkiokudoksesta saaduista hermosolujen kantasoluista, ja niitä siirretään potilaille. Ensimmäiset elinsiirtoyritykset tuottavat myönteisiä tuloksia, vaikka nykyään lääkärit eivät pysty ratkaisemaan tällaisten siirtojen pääongelmaa: kantasolujen rehottava lisääntyminen 30–40 prosentissa tapauksista johtaa pahanlaatuisten kasvainten muodostumiseen. Tämän sivuvaikutuksen ehkäisemiseksi ei ole vielä löydetty lähestymistapaa. Tästä huolimatta kantasolujen siirto on epäilemättä yksi tärkeimmistä lähestymistavoista hermostoa rappeuttavien sairauksien, kuten Alzheimerin ja Parkinsonin taudin, hoidossa, joista on tullut kehittyneiden maiden vitsaus.