Zagotovo ste pogosto slišali izjavo: "Živčne celice se ne obnovijo." Vendar pa so to eno izmed priljubljenih zmot znanstveniki nedavno zavrnili.
Revija Science je 15. oktobra 1999 objavila študijo Elizabeth Gould in Charlesa Grossa, zaposlenih na oddelku za psihologijo na univerzi Princeton. Pokazalo je, da veliki možgani možganov skozi življenje proizvedejo nekaj tisoč novih nevronov na dan. Ta proces se imenuje nevrogeneza. Istega leta je bilo ugotovljeno, da se nevrogeneza izvaja tudi v človeških možganih. Vendar je bil sam postopek odkrit še prej.
Leta 1965 ga je znanstvenik Dzhokhev Altman odkril v hipokampusu (delu možganov) podgane, 15 let pozneje pa ga je uslužbenec z univerze Rockefeller Fernando Notteb odkril v kanarčkih. Po odkritju Nottebe živčne celice ptic pevk nastanejo v "vokalnem središču" njihovih možganov.
Kljub temu, da se živčne celice obnovijo, ni neprimerno skrbeti za nevrone, saj, kot veste, pogosto odmrejo v močnem stresu, s poškodbami, zastrupitvami itd. Vendar funkcijo odmrlih živčnih celic prevzamejo žive celice … Torej, ena zdrava živčna celica lahko nadomesti do devet mrtvih.
Popularni izraz "Živčne celice se ne obnavljajo" vsi že od otroštva dojemajo kot nespremenljivo resnico. Vendar ta aksiom ni nič drugega kot mit in novi znanstveni podatki ga zavračajo.
Narava v možganih v razvoju postavlja zelo visoko mejo varnosti: med embriogenezo nastane velik presežek nevronov. Skoraj 70% jih umre pred rojstvom otroka. Človeški možgani še naprej izgubljajo nevrone po rojstvu, vse življenje. Ta celična smrt je genetsko programirana. Seveda ne umirajo samo nevroni, ampak tudi druge celice telesa. Le vsa druga tkiva imajo visoko sposobnost regeneracije, to je, da se njihove celice delijo in nadomeščajo mrtve. Proces regeneracije je najbolj aktiven v epitelijskih celicah in hematopoetskih organih (rdeči kostni mozeg). Toda obstajajo celice, v katerih so blokirani geni, odgovorni za razmnoževanje z delitvijo. Te celice poleg nevronov vključujejo tudi celice srčne mišice. Kako ljudem uspe ohranjati inteligenco do globoke starosti,če živčne celice odmrejo in se ne obnovijo?
Promocijski video:
Ena od možnih razlag: v živčnem sistemu ne delujejo vsi nevroni hkrati, ampak le 10% nevronov. To dejstvo je pogosto navedeno v priljubljeni in celo znanstveni literaturi. O tej izjavi sem že večkrat moral razpravljati z domačimi in tujimi kolegi. In nihče od njih ne razume, od kod ta številka. Vsaka celica živi in "deluje" hkrati. V vsakem nevronu ves čas potekajo presnovni procesi, sintetizirajo se beljakovine, generirajo in prenašajo živčni impulzi. Zato se, zapuščajući hipotezo o "počivajočih" nevronih, obrnimo na eno od lastnosti živčnega sistema, in sicer na njegovo izjemno plastičnost.
Pomen plastičnosti je v tem, da funkcije odmrlih živčnih celic prevzamejo njihovi preživeli "kolegi", ki se povečajo in tvorijo nove povezave ter nadomestijo izgubljene funkcije. Visoko, a ne neomejeno učinkovitost takšne kompenzacije lahko ponazorimo s primerom Parkinsonove bolezni, pri kateri pride do postopne smrti nevronov. Izkazalo se je, da dokler približno 90% nevronov v možganih ne umre, se klinični simptomi bolezni (tresenje okončin, omejitev gibljivosti, nestabilna hoja, demenca) ne pojavijo, to pomeni, da je oseba videti praktično zdrava. To pomeni, da lahko ena živa živčna celica nadomesti devet mrtvih.
Toda plastičnost živčnega sistema ni edini mehanizem, ki omogoča ohranjanje inteligence do zrele starosti. Narava ima tudi nadomestni učinek - pojav novih živčnih celic v možganih odraslih sesalcev ali nevrogenezo.
Prvo poročilo o nevrogenezi se je pojavilo leta 1962 v ugledni znanstveni reviji Science. Članek je bil naslovljen "Ali nastajajo novi nevroni v možganih odraslih sesalcev?" Njen avtor, profesor Joseph Altman z univerze Purdue (ZDA), je s pomočjo električnega toka uničil eno od struktur možganov podgan (stransko kolenasto telo) in tam vbrizgal radioaktivno snov, ki prodre v novo nastajajoče celice. Nekaj mesecev kasneje je znanstvenik odkril nove radioaktivne nevrone v talamusu (del prednjega možganov) in možganski skorji. V naslednjih sedmih letih je Altman objavil še več študij, ki dokazujejo obstoj nevrogeneze v možganih odraslih sesalcev. Potem pa je v šestdesetih letih njegovo delo med nevroznanstveniki povzročalo le dvom, njihov razvoj ni sledil.
In šele dvajset let kasneje je bila nevrogeneza "ponovno odkrita", vendar že v možganih ptic. Številni raziskovalci ptic pevk so opazili, da moški kanarček Serinus canaria med vsako sezono parjenja zapoje pesem z novimi "koleni". Poleg tega od svojih bratov ne sprejema novih trilov, saj so pesmi posodabljali ločeno. Znanstveniki so začeli podrobno preučevati glavno vokalno središče ptic, ki se nahaja v posebnem odseku možganov, in ugotovili, da je ob koncu sezone parjenja (v kanarčkih se to zgodi avgusta in januarja) pomemben del nevronov vokalnega centra umrl, verjetno zaradi pretirane funkcionalne obremenitve … Sredi osemdesetih je profesor Fernando Notteboom z univerze Rockefeller (ZDA) uspel pokazatida se pri odraslih moških kanarcih proces nevrogeneze v vokalnem središču nenehno pojavlja, vendar je število oblikovanih nevronov podvrženo sezonskim nihanjem. Vrhunec nevrogeneze v kanarčkih nastopi oktobra in marca, torej dva meseca po sezonah parjenja. Zato se "glasbena knjižnica" pesmi moškega kanarčka redno posodablja.
V poznih osemdesetih letih so nevrogenezo odkrili tudi pri odraslih dvoživkah v laboratoriju Leningradskega znanstvenika profesorja A. Polenova.
Od kod novi nevroni, če se živčne celice ne delijo? Izkazalo se je, da so izvor novih nevronov tako pri pticah kot pri dvoživkah nevronske matične celice iz stene možganskih prekatov. Med razvojem zarodka se iz teh celic oblikujejo celice živčnega sistema: nevroni in glijske celice. A vse matične celice se ne spremenijo v celice živčnega sistema - nekatere se "skrijejo" in počakajo v krilih.
Dokazano je, da novi nevroni nastajajo iz izvornih celic odraslega organizma in v spodnjih vretenčarjih. Vendar je trajalo skoraj petnajst let, da se je dokazalo, da se podoben proces dogaja v živčnem sistemu sesalcev.
Razvoj nevroznanosti v zgodnjih devetdesetih letih je privedel do odkritja "novorojenčkov" v možganih odraslih podgan in miši. Najdli so jih večinoma v evolucijsko starih delih možganov: vohalnih žarnicah in skorji hipokampusa, ki so v glavnem odgovorne za čustveno vedenje, odziv na stres in regulacijo spolnih funkcij sesalcev.
Tako kot pri pticah in spodnjih vretenčarjih se tudi pri sesalcih nevronske matične celice nahajajo v bližini stranskih prekatov možganov. Njihova transformacija v nevrone je zelo intenzivna. Pri odraslih podganah iz matičnih celic na mesec nastane približno 250.000 nevronov, ki nadomestijo 3% vseh nevronov v hipokampusu. Življenjska doba takšnih nevronov je zelo velika - do 112 dni. Matične celice nevronov potujejo daleč (približno 2 cm). Prav tako lahko migrirajo do vohalne žarnice in se tam spremenijo v nevrone.
Vohalne čebulice možganov sesalcev so odgovorne za zaznavanje in primarno obdelavo različnih vonjav, vključno s prepoznavanjem feromonov - snovi, ki so po svoji kemični sestavi blizu spolnim hormonom. Spolno vedenje glodalcev uravnava predvsem proizvodnja feromonov. Hipokampus se nahaja pod možgansko poloblo. Funkcije te zapletene strukture so povezane z oblikovanjem kratkoročnega spomina, uresničitvijo določenih čustev in sodelovanjem pri oblikovanju spolnega vedenja. Prisotnost stalne nevrogeneze v vohalni žarnici in hipokampusu pri podganah je razložena z dejstvom, da imajo te strukture pri glodalcih glavno funkcionalno obremenitev. Zato živčne celice v njih pogosto odmrejo, kar pomeni, da jih je treba obnoviti.
Da bi razumel, kakšne razmere vplivajo na nevrogenezo v hipokampusu in vohalni žarnici, je profesor Gage z univerze Salk (ZDA) zgradil miniaturno mesto. Tam so se igrale miši, se ukvarjale s športno vzgojo, iskale izhode iz labirintov. Izkazalo se je, da so se pri "urbanih" miših novi nevroni pojavili v veliko večjem številu kot pri njihovih pasivnih sorodnikih, potopljenih v rutinskem življenju v vivariju.
Matične celice lahko odstranimo iz možganov in presadimo v drug del živčnega sistema, kjer postanejo nevroni. Profesor Gage in njegovi kolegi so izvedli več podobnih poskusov, med katerimi je bil najbolj impresiven naslednji. Del možganskega tkiva, ki vsebuje matične celice, so presadili v uničeno mrežnico očesa podgane. (Svetlobno občutljiva notranja stena očesa ima "živčni" izvor: sestoji iz spremenjenih nevronov - palic in storžkov. Ko se svetlobno občutljiva plast uniči, nastopi slepota.) Presajene možganske matične celice so se spremenile v mrežnične mrežnice, njihovi procesi so dosegli optični živec in podgana je spet dobila vid! Poleg tega med presaditvijo možganskih izvornih celic v nepoškodovano oko z njimi ni prišlo do sprememb. Verjetno se pri poškodbi mrežnice proizvajajo nekatere snovi (na primerti rastni dejavniki), ki spodbujajo nevrogenezo. Vendar natančen mehanizem tega pojava še vedno ni jasen.
Znanstveniki so bili postavljeni pred nalogo, da dokažejo, da se nevrogeneza pojavlja ne le pri glodalcih, ampak tudi pri ljudeh. V ta namen so raziskovalci pod vodstvom profesorja Gageja nedavno izvedli senzacionalno delo. V eni od ameriških onkoloških klinik je skupina bolnikov z neozdravljivimi malignimi novotvorbami jemala kemoterapevtsko zdravilo bromodioksiuridin. Ta snov ima pomembno lastnost - sposobnost kopičenja v delilnih celicah različnih organov in tkiv. Bromodioksiuridin se vključi v DNK materinske celice in se shrani v hčerinske celice po delitvi materinih celic. Patološke študije so pokazale, da nevrone, ki vsebujejo bromodioksiuridin, najdemo v skoraj vseh delih možganov, vključno z možgansko skorjo. Torej so bili ti nevroni nove celice, ki so nastale iz delitve izvornih celic. Ugotovitev je brezpogojno potrdila, da se proces nevrogeneze pojavlja tudi pri odraslih. Toda če se pri glodalcih nevrogeneza pojavlja samo v hipokampusu, potem pri ljudeh verjetno zajame obsežnejša področja možganov, vključno z možgansko skorjo.
Nedavne študije so pokazale, da se lahko novi nevroni v možganih odraslih tvorijo ne samo iz matičnih celic nevronov, temveč tudi iz matičnih celic krvi. Odkritje tega pojava je v znanstvenem svetu povzročilo evforijo. Objava v reviji "Nature" oktobra 2003 pa je navdušene misli v marsičem ohladila. Izkazalo se je, da krvne matične celice res prodirajo v možgane, vendar se ne spremenijo v nevrone, temveč se z njimi združijo in tvorijo dvojezgrene celice. Nato se "staro" jedro nevrona uniči in nadomesti ga "novo" jedro matične celice krvi. V telesu podgan se izvorne celice krvi večinoma združijo z velikanskimi celicami malih možganov - Purkinjejevih celic, čeprav se to zgodi precej redko: v celotnem možganu je mogoče najti le nekaj združenih celic. Intenzivnejša fuzija nevronov se pojavi v jetrih in srčni mišici. Zaenkrat še ni jasno, kakšen je fiziološki pomen pri tem. Ena od hipotez je, da izvorne celice krvi s seboj nosijo nov genski material, ki z vstopom v "staro" cerebelarno celico podaljša njeno življenje.
Tako lahko iz matičnih celic nastanejo novi nevroni tudi v možganih odraslih. Ta pojav se že pogosto uporablja za zdravljenje različnih nevrodegenerativnih bolezni (bolezni, ki jih spremlja smrt nevronov v možganih). Priprave matičnih celic za presaditev dobimo na dva načina. Prva je uporaba nevronskih izvornih celic, ki se nahajajo okoli možganskih prekatov tako v zarodku kot v odrasli osebi. Drugi pristop je uporaba zarodnih izvornih celic. Te celice se nahajajo v notranji celični masi v zgodnji fazi tvorbe zarodka. Lahko se spremenijo v skoraj vsako celico v telesu. Največji izziv pri delu z embrionalnimi celicami je, da se te spremenijo v nevrone. Nove tehnologije to omogočajo.
Nekatere bolnišnice v ZDA so že oblikovale "knjižnice" nevronskih matičnih celic, pridobljenih iz embrionalnega tkiva, in jih presajajo bolnikom. Prvi poskusi presaditve dajejo pozitivne rezultate, čeprav danes zdravniki ne morejo rešiti glavnega problema takšnih presaditev: neumno razmnoževanje matičnih celic v 30-40% primerov vodi v nastanek malignih tumorjev. Zaenkrat še ni bil najden noben pristop, ki bi preprečil ta neželeni učinek. A kljub temu bo presaditev izvornih celic nedvomno eden glavnih pristopov pri zdravljenju takšnih nevrodegenerativnih bolezni, kot sta Alzheimerjeva in Parkinsonova bolezen, ki so postale nadloga razvitih držav.
Živčno tkivo se obnovi v kateri koli starosti, - je zagotovil slavni nemški profesor nevroznanstva z univerze v Göttingenu Harold Huther. - Pri 20 letih je proces intenziven, pri 70 letih pa počasi. Ampak gre.
Znanstvenik je kot primer navedel opazovanje kanadskih kolegov ostarelih redovnic - 100 let ali več. Slikanje z magnetno resonanco je pokazalo: njihovi možgani so v redu - nobenih manifestacij senilne demence ni.
In vse skupaj je po mnenju profesorja v načinu življenja in razmišljanja teh žensk, ki dobesedno obnovijo svoje možganske strukture in prevodnost. In podoben čudež se zgodi zaradi dejstva, da so redovnice skromne, imajo stabilne predstave o ustroju sveta, aktivni življenjski položaj in molijo v upanju, da bodo ljudi spremenile na bolje.
Huther je pojasnil, da je glavni uničevalec živčnih celic stres, ki zavira tudi sposobnost regeneracije možganov. In k temu prispeva harmonija s samim seboj. In to v zvezi s tem svetuje profesor: meriti sanje z resničnostjo, biti sposoben organizirati svoje življenje in ne iti, kot pravijo, s tokom, razumeti smisel življenja - vsaj svojega, imeti močne socialne povezave - dobre odnose s čim več ljudje - še posebej bližnji.
In naprej. Po Huterju nič ne pomaga regeneraciji živčnih celic bolj kot problem, za katerega je človek našel rešitev. Da težave ne bi bile preveč obremenjujoče, profesor priporoča, da se nekaj naučite. Tudi v starosti. Da bi ohranili okus za življenje.
Hitrost regeneracije živčnih celic so izmerili švedski znanstveniki s Karolinskega inštituta. Izkazalo se je, da lahko doseže 700 novih nevronov na dan.
Raziskovalcem so pomagali … zemeljski jedrski testi, ki so bili izvedeni v 50. letih prejšnjega stoletja. Nato so okolje močno onesnažili z radioaktivnim izotopom - ogljikom-14. Toda njegova raven se je po prepovedi detonacije atomskih bomb v ozračju leta 1963 zmanjšala.
Živčne celice ljudi, ki so ujeli zemeljske jedrske eksplozije, so v večji koncentraciji "posrkale" izotop. Vdelan je v verige DNA. Znanstveniki so ga uporabljali za tako imenovano radiokarbonsko datiranje živih tkiv. Ogljik-14 je omogočil določitev starosti celic. In izkazalo se je, da so se - živčne celice - pojavljale v različnih časih. Se pravi, skupaj s starimi so se rodili novi.
Kanadčani na univerzi v Torontu so tudi pokazali, da so celice srčne mišice sposobne regeneracije. Živa črpalka 25-letnega moškega je sposobna ustvariti novorojene celice v količini do 1 odstotka na leto teže organa. Do 75. leta produktivnost "tovarne" pade na 0,45 odstotka. A sploh ne izgine.
Zakaj se skoraj ne spomnimo svojega otroštva?
Zdi se, da so kanadski raziskovalci iz nevrobiološkega laboratorija v bolnišnici za bolne otroke v Torontu ugotovili, zakaj se večina odraslih ne spomni, kaj se jim je zgodilo v prvih treh letih življenja.
"Otroci ne znajo ustvarjati spominov," pravi Katherine Akers, ena od avtoric študije. Oblikujejo se zelo dobro. Ko je bila moja hči stara 3 leta, sem jo peljal v živalski vrt. Podrobno je povedala o vsem, kar je videla. Zdaj je stara 5 let - sploh se ne spomni, da je bila v živalskem vrtu.
Poskusi so pokazali, da se stari dogodki izbrišejo iz spomina. So izbrisani med rojstvom novih možganskih celic.
Piti in postajati pametnejši?
Isti švedski znanstveniki so prišli do osupljivega zaključka. Če gre verjeti škandaloznim rezultatom njihovih nedavnih raziskav, iz rednega pitja rastejo tudi nove živčne celice. Rastejo ne le kjerkoli, ampak v glavi - zdi se, najbolj ranljiv del telesa alkoholikov.
Vendar pa so znanstveniki razburjeni, ni vse tako brez oblakov. Skupaj s celicami raste tudi hrepenenje po alkoholu. V švedskih poskusih so bile miši, namreč zalivane, res obogatene z živčnimi celicami. Toda hkrati so začeli raje vodko kot vodo. Po besedah profesorja Stephena Brina, vodje raziskave, to pojasnjuje dejstvo, da lahko ljudje od zmernega uživanja alkohola precej hitro preidejo na neomejeno pitje.