Närvirakud taastuvad

2024 Autor: Seth Attwood | [email protected]. Viimati modifitseeritud: 2023-12-16 16:03

Populaarset väljendit "Närvirakud ei taastu" tajuvad kõik lapsepõlvest peale muutumatu tõena. See aksioom pole aga midagi muud kui müüt ja uued teaduslikud andmed lükkavad selle ümber.

Loodus seab arenevale ajule väga suure ohutusvaru: embrüogeneesi käigus moodustub suur hulk neuroneid. Peaaegu 70% neist sureb enne lapse sündi. Inimese aju kaotab neuroneid pärast sündi kogu elu jooksul. See rakusurm on geneetiliselt programmeeritud. Muidugi ei sure mitte ainult neuronid, vaid ka teised keharakud. Ainult kõigil teistel kudedel on kõrge taastumisvõime, see tähendab, et nende rakud jagunevad, asendades surnud.

Regenereerimisprotsess on kõige aktiivsem epiteeli ja vereloomeorganite (punase luuüdi) rakkudes. Kuid on rakke, milles jagunemise teel paljunemise eest vastutavad geenid on blokeeritud. Lisaks neuronitele hõlmavad need rakud ka südamelihase rakke. Kuidas suudavad inimesed intelligentsust kõrge vanuseni säilitada, kui närvirakud surevad ega uuene?

Üks võimalikest seletustest: närvisüsteemis ei "tööta" korraga kõik neuronid, vaid ainult 10% neuronitest. Seda asjaolu mainitakse sageli populaarses ja isegi teaduslikus kirjanduses. Olen korduvalt pidanud seda väidet arutama oma kodu- ja välismaiste kolleegidega. Ja keegi neist ei saa aru, kust see kujund tuli. Iga rakk elab ja "töötab" samal ajal. Igas neuronis toimuvad kogu aeg ainevahetusprotsessid, sünteesitakse valke, genereeritakse ja edastatakse närviimpulsse. Seetõttu, jättes "puhkavate" neuronite hüpoteesi, pöördugem närvisüsteemi ühe omaduse, nimelt selle erakordse plastilisuse poole.

Plastilisuse tähendus seisneb selles, et surnud närvirakkude funktsioonid võtavad üle nende ellujäänud "kolleegid", kes suurenevad ja loovad uusi ühendusi, kompenseerides kaotatud funktsioone. Sellise kompensatsiooni kõrget, kuid mitte lõpmatut efektiivsust saab illustreerida Parkinsoni tõve näitega, mille puhul toimub neuronite järkjärguline surm. Selgub, et kuni umbes 90% aju neuronitest sureb, ei avaldu haiguse kliinilised sümptomid (jäsemete värisemine, liikumispiirangud, ebakindel kõnnak, dementsus) ehk inimene näeb praktiliselt terve välja. See tähendab, et üks elav närvirakk võib asendada üheksa surnut.

Kuid närvisüsteemi plastilisus pole ainus mehhanism, mis võimaldab intelligentsust küpse vanaduseni säilitada. Loodusel on ka tagavara – uute närvirakkude tekkimine täiskasvanud imetajate ajus ehk neurogenees.

Esimene aruanne neurogeneesi kohta ilmus 1962. aastal mainekas teadusajakirjas Science. Artikli pealkiri oli "Kas täiskasvanud imetajate ajus moodustuvad uued neuronid?" Selle autor, professor Joseph Altman Purdue ülikoolist (USA) hävitas elektrivoolu abil roti aju ühe struktuuri (lateraalne geniculate body) ja süstis sinna radioaktiivset ainet, mis tungib äsja tekkivatesse rakkudesse. Mõni kuu hiljem avastas teadlane talamusest (eesaju osast) ja ajukoorest uued radioaktiivsed neuronid. Järgmise seitsme aasta jooksul avaldas Altman veel mitu uuringut, mis tõestavad neurogeneesi olemasolu täiskasvanud imetajate ajus. Kuid siis, 1960. aastatel, tekitas tema töö neuroteadlastes vaid skepsis, nende areng ei järgnenud.

Ja alles kakskümmend aastat hiljem "taasavastati" neurogenees, kuid juba lindude ajus. Paljud laululindude uurijad on märganud, et igal paaritumisajal laulab isane kanaarilind Serinus canaria laulu uute "põlvedega". Veelgi enam, ta ei võta oma kaaslastelt uusi trille, kuna laule värskendati isegi eraldi. Teadlased hakkasid üksikasjalikult uurima lindude peamist häälekeskust, mis paiknes spetsiaalses ajuosas, ja leidsid, et paaritumisperioodi lõpus (kanaaridel toimub see augustis ja jaanuaris) on märkimisväärne osa lindude neuronitest. vokaalkeskus suri, ilmselt liigse funktsionaalse koormuse tõttu … 1980. aastate keskel suutis professor Fernando Notteboom Rockefelleri ülikoolist (USA) näidata, et täiskasvanud isastel kanaarilindudel toimub neurogeneesi protsess vokaalkeskuses pidevalt, kuid moodustunud neuronite arv sõltub hooajalistest kõikumistest. Neurogeneesi haripunkt kanaaridel saabub oktoobris ja märtsis, st kaks kuud pärast paaritumishooaega. Seetõttu uuendatakse regulaarselt meeskanaari laulude "muusikaraamatukogu".

1980. aastate lõpus avastati neurogenees ka täiskasvanud kahepaiksetel Leningradi teadlase professor A. L. Polenovi laboris.

Kust tulevad uued neuronid, kui närvirakud ei jagune? Uute neuronite allikaks nii lindudel kui ka kahepaiksetel osutusid ajuvatsakeste seinast pärinevad neuronaalsed tüvirakud. Embrüo arengu käigus moodustuvad nendest rakkudest närvisüsteemi rakud: neuronid ja gliiarakud. Kuid mitte kõik tüvirakud ei muutu närvisüsteemi rakkudeks - mõned neist "peidavad end" ja ootavad tiibadesse.

On näidatud, et uued neuronid tekivad täiskasvanud organismi tüvirakkudest ja madalamatel selgroogsetel. Siiski kulus peaaegu viisteist aastat, et tõestada, et sarnane protsess toimub imetajate närvisüsteemis.

Neuroteaduse edusammud 1990. aastate alguses viisid "vastsündinud" neuronite avastamiseni täiskasvanud rottide ja hiirte ajus. Neid leiti peamiselt evolutsiooniliselt iidsetest ajuosadest: haistmissibulatest ja hipokampuse ajukoorest, mis vastutavad peamiselt emotsionaalse käitumise, stressireaktsiooni ja imetajate seksuaalfunktsioonide reguleerimise eest.

Nii nagu lindudel ja madalamatel selgroogsetel, paiknevad ka imetajatel neuronaalsed tüvirakud aju külgvatsakeste läheduses. Nende muundumine neuroniteks on väga intensiivne. Täiskasvanud rottidel moodustub tüvirakkudest kuus umbes 250 000 neuronit, mis asendavad 3% kõigist hipokampuse neuronitest. Selliste neuronite eluiga on väga pikk - kuni 112 päeva. Neuronaalsed tüvirakud läbivad pika tee (umbes 2 cm). Samuti on nad võimelised migreeruma haistmissibulale, muutudes seal neuroniteks.

Imetajate aju haistmissibulad vastutavad erinevate lõhnade tajumise ja esmase töötlemise eest, sealhulgas feromoonide – ainete, mis oma keemilise koostise poolest on suguhormoonidele lähedased – äratundmise eest. Näriliste seksuaalset käitumist reguleerib peamiselt feromoonide tootmine. Hipokampus asub ajupoolkerade all. Selle keeruka struktuuri funktsioonid on seotud lühiajalise mälu kujunemisega, teatud emotsioonide realiseerimisega ja osalemisega seksuaalkäitumise kujunemises. Pideva neurogeneesi olemasolu rottide haistmissibulas ja hipokampuses on seletatav asjaoluga, et närilistel kannavad need struktuurid peamist funktsionaalset koormust. Seetõttu surevad neis olevad närvirakud sageli, mis tähendab, et neid tuleb uuendada.

Et mõista, millised tingimused mõjutavad neurogeneesi hipokampuses ja haistmissibulas, ehitas Salki ülikooli (USA) professor Gage miniatuurse linna. Hiired mängisid seal, tegid kehalist kasvatust, otsisid labürintidest väljapääse. Selgus, et "linna" hiirtel tekkis uusi neuroneid palju rohkem kui nende passiivsetel sugulastel, kes olid takerdunud rutiinsesse ellu vivaariumis.

Tüvirakke saab ajust eemaldada ja siirdada närvisüsteemi teise ossa, kus neist saavad neuronid. Professor Gage ja tema kolleegid viisid läbi mitmeid sarnaseid katseid, millest kõige muljetavaldavam oli järgmine. Tüvirakke sisaldav ajukoe lõik siirdati rotisilma hävinud võrkkestasse. (Silma valgustundlik sisesein on "närvilise" päritoluga: koosneb modifitseeritud neuronitest – vardadest ja koonustest. Valgustundliku kihi hävimisel saabub pimedus.) Siirdatud aju tüvirakud muutusid võrkkesta neuroniteks., jõudsid nende protsessid nägemisnärvi ja rott sai nägemise tagasi! Pealegi ei toimunud aju tüvirakkude siirdamisel tervesse silma nendega mingeid transformatsioone. Tõenäoliselt tekivad võrkkesta kahjustamisel mõned ained (näiteks nn kasvufaktorid), mis stimuleerivad neurogeneesi. Selle nähtuse täpne mehhanism pole aga siiani selge.

Teadlased seisid silmitsi ülesandega näidata, et neurogenees ei esine mitte ainult närilistel, vaid ka inimestel. Selleks tegid teadlased professor Gage'i juhendamisel hiljuti sensatsioonilist tööd. Ühes Ameerika onkoloogiakliinikus võttis rühm ravimatute pahaloomuliste kasvajatega patsiente kemoterapeutilist ravimit bromodioksüuridiini. Sellel ainel on oluline omadus - võime akumuleeruda erinevate elundite ja kudede jagunevatesse rakkudesse. Bromodioksüuridiin liidetakse emaraku DNA-sse ja säilitatakse tütarrakkudes pärast emarakkude jagunemist. Patoloogilised uuringud on näidanud, et bromodioksüuridiini sisaldavaid neuroneid leidub peaaegu kõigis ajuosades, sealhulgas ajukoores. Nii et need neuronid olid uued rakud, mis tekkisid tüvirakkude jagunemisel. Leid kinnitas tingimusteta, et neurogeneesi protsess toimub ka täiskasvanutel. Kuid kui närilistel toimub neurogenees ainult hipokampuses, siis inimestel võib see tõenäoliselt haarata ulatuslikumaid ajupiirkondi, sealhulgas ajukoore. Hiljutised uuringud on näidanud, et täiskasvanud ajus saab uusi neuroneid moodustada mitte ainult neuronaalsetest tüvirakkudest, vaid ka vere tüvirakkudest. Selle nähtuse avastamine on tekitanud teadusmaailmas eufooriat. Ent 2003. aasta oktoobris ajakirjas "Nature" ilmunud avaldamine jahutas entusiastlikke meeli mitmel viisil. Selgus, et vere tüvirakud tõepoolest tungivad ajju, kuid need ei muutu neuroniteks, vaid ühinevad nendega, moodustades binukleaarseid rakke. Seejärel hävib neuroni "vana" tuum ja see asendub vere tüviraku "uue" tuumaga. Roti kehas ühinevad vere tüvirakud peamiselt väikeaju hiidrakkude – Purkinje rakkudega, kuigi seda juhtub üsna harva: kogu väikeajus võib leida vaid üksikuid ühinenud rakke. Neuronite intensiivsem liitmine toimub maksas ja südamelihases. Mis selle füsioloogiline tähendus on, pole veel selge. Üks hüpoteese on, et vere tüvirakud kannavad endaga kaasa uut geneetilist materjali, mis sisenedes "vanasse" väikeajurakku pikendab selle eluiga.

Seega võivad tüvirakkudest tekkida uued neuronid isegi täiskasvanud ajus. Seda nähtust kasutatakse juba laialdaselt mitmesuguste neurodegeneratiivsete haiguste (haigused, millega kaasneb aju neuronite surm) raviks. Siirdamiseks mõeldud tüvirakupreparaate saadakse kahel viisil. Esimene on neuronaalsete tüvirakkude kasutamine, mis nii embrüos kui ka täiskasvanud inimesel paiknevad ajuvatsakeste ümber. Teine lähenemisviis on embrüonaalsete tüvirakkude kasutamine. Need rakud paiknevad sisemises rakumassis embrüo moodustumise varases staadiumis. Nad on võimelised muutuma peaaegu igaks keharakuks. Suurim väljakutse embrüonaalsete rakkudega töötamisel on nende neuroniteks muutumine. Uued tehnoloogiad võimaldavad seda teha.

Mõned USA haiglad on juba loonud embrüo kudedest saadud neuronaalsete tüvirakkude "raamatukogud" ja neid siirdatakse patsientidele. Esimesed siirdamiskatsed annavad positiivseid tulemusi, kuigi tänapäeval ei suuda arstid selliste siirdamiste põhiprobleemi lahendada: tüvirakkude ohjeldamatu paljunemine põhjustab 30–40% juhtudest pahaloomuliste kasvajate moodustumist. Selle kõrvalmõju vältimiseks pole veel leitud lähenemisviisi. Kuid vaatamata sellele on tüvirakkude siirdamine kahtlemata üks peamisi lähenemisviise arenenud riikide nuhtluseks muutunud neurodegeneratiivsete haiguste, nagu Alzheimeri ja Parkinsoni tõve, ravis.