Nervové bunky sa obnovujú

2024 Autor: Seth Attwood | [email protected]. Naposledy zmenené: 2023-12-16 16:15

Populárny výraz „Nervové bunky sa nezotavia“vníma každý od detstva ako nemennú pravdu. Táto axióma však nie je ničím iným ako mýtom a nové vedecké údaje ju vyvracajú.

Príroda kladie vo vyvíjajúcom sa mozgu veľmi vysokú mieru bezpečnosti: počas embryogenézy sa tvorí veľký prebytok neurónov. Takmer 70 % z nich zomiera ešte pred narodením dieťaťa. Ľudský mozog stráca neuróny po narodení, počas celého života. Táto bunková smrť je geneticky naprogramovaná. Samozrejme, neumierajú len neuróny, ale aj ostatné bunky tela. Iba všetky ostatné tkanivá majú vysokú regeneračnú schopnosť, to znamená, že ich bunky sa delia a nahrádzajú mŕtve.

Proces regenerácie je najaktívnejší v bunkách epitelu a hematopoetických orgánov (červená kostná dreň). Existujú však bunky, v ktorých sú gény zodpovedné za reprodukciu delením zablokované. Okrem neurónov medzi tieto bunky patria aj bunky srdcového svalu. Ako si ľudia dokážu zachovať inteligenciu až do vysokého veku, ak nervové bunky odumierajú a neobnovujú sa?

Jedno z možných vysvetlení: v nervovom systéme „nefungujú“všetky neuróny súčasne, ale len 10 % neurónov. Táto skutočnosť je často citovaná v populárnej a dokonca aj vedeckej literatúre. Toto tvrdenie som musel opakovane prediskutovať s domácimi aj zahraničnými kolegami. A nikto z nich nechápe, odkiaľ sa toto číslo vzalo. Akákoľvek bunka žije a „pracuje“súčasne. V každom neuróne neustále prebiehajú metabolické procesy, syntetizujú sa proteíny, vznikajú a prenášajú nervové impulzy. Opustiac teda hypotézu „odpočívajúcich“neurónov, obráťme sa k jednej z vlastností nervového systému, a to k jeho výnimočnej plasticite.

Význam plasticity je v tom, že funkcie mŕtvych nervových buniek preberajú ich prežívajúci „kolegovia“, ktorí sa zväčšujú a vytvárajú nové spojenia, kompenzujúce stratené funkcie. Vysokú, no nie nekonečnú účinnosť takejto kompenzácie možno ilustrovať na príklade Parkinsonovej choroby, pri ktorej dochádza k postupnému odumieraniu neurónov. Ukazuje sa, že kým neodumrie asi 90 % neurónov v mozgu, klinické príznaky ochorenia (chvenie končatín, obmedzenie pohyblivosti, neistá chôdza, demencia) sa neprejavia, čiže človek vyzerá prakticky zdravo. To znamená, že jedna živá nervová bunka môže nahradiť deväť mŕtvych.

Ale plasticita nervového systému nie je jediným mechanizmom, ktorý umožňuje zachovanie inteligencie do zrelého veku. Príroda má aj výpadok – vznik nových nervových buniek v mozgu dospelých cicavcov alebo neurogenézu.

Prvá správa o neurogenéze sa objavila v roku 1962 v prestížnom vedeckom časopise Science. Článok mal názov "Vytvárajú sa nové neuróny v mozgu dospelých cicavcov?" Jeho autor, profesor Joseph Altman z Purdue University (USA), pomocou elektrického prúdu zničil jednu zo štruktúr mozgu potkana (bočné genikulárne telo) a vstrekol tam rádioaktívnu látku, ktorá preniká do novovznikajúcich buniek. O niekoľko mesiacov vedec objavil nové rádioaktívne neuróny v talame (časť predného mozgu) a mozgovej kôre. Počas nasledujúcich siedmich rokov Altman publikoval niekoľko ďalších štúdií dokazujúcich existenciu neurogenézy v mozgu dospelých cicavcov. Jeho práca však potom v 60. rokoch vyvolala medzi neurovedcami len skepsu, ich vývoj nenasledoval.

A až o dvadsať rokov neskôr bola neurogenéza „znovuobjavená“, ale už v mozgu vtákov. Mnoho výskumníkov spevavých vtákov si všimlo, že počas každého obdobia párenia spieva samček kanárika Serinus canaria pieseň s novými „kolienkami“. Navyše neprijíma nové trilky od svojich kolegov, pretože piesne boli aktualizované aj izolovane. Vedci začali podrobne študovať hlavné hlasové centrum vtákov, ktoré sa nachádza v špeciálnej časti mozgu, a zistili, že na konci obdobia párenia (u kanárikov sa vyskytuje v auguste a januári) sa významná časť neurónov hlasové centrum zomrelo, pravdepodobne v dôsledku nadmerného funkčného zaťaženia … V polovici 80. rokov 20. storočia profesor Fernando Notteboom z Rockefellerovej univerzity (USA) dokázal, že u dospelých samcov kanárikov prebieha proces neurogenézy v hlasovom centre neustále, ale počet vytvorených neurónov podlieha sezónnym výkyvom. Vrchol neurogenézy u kanárikov nastáva v októbri a marci, teda dva mesiace po období párenia. Preto je „hudobná knižnica“piesní samca kanárika pravidelne aktualizovaná.

Koncom 80. rokov bola neurogenéza objavená aj u dospelých obojživelníkov v laboratóriu leningradského vedca profesora A. L. Polenova.

Odkiaľ pochádzajú nové neuróny, ak sa nervové bunky nedelia? Ukázalo sa, že zdrojom nových neurónov u vtákov aj obojživelníkov sú neurónové kmeňové bunky zo steny komôr mozgu. Počas vývoja embrya sa práve z týchto buniek tvoria bunky nervového systému: neuróny a gliové bunky. Ale nie všetky kmeňové bunky sa premenia na bunky nervového systému – niektoré sa „schovajú“a čakajú v krídlach.

Ukázalo sa, že nové neuróny vznikajú z kmeňových buniek dospelého organizmu a u nižších stavovcov. Trvalo však takmer pätnásť rokov, kým sa dokázalo, že podobný proces prebieha aj v nervovom systéme cicavcov.

Pokrok v neurovede na začiatku 90. rokov viedol k objavu „novorodených“neurónov v mozgoch dospelých potkanov a myší. Našli sa väčšinou v evolučne starých častiach mozgu: čuchové bulby a hipokampálna kôra, ktoré sú zodpovedné hlavne za emocionálne správanie, stresovú reakciu a reguláciu sexuálnych funkcií cicavcov.

Rovnako ako u vtákov a nižších stavovcov, aj u cicavcov sa neurónové kmeňové bunky nachádzajú v blízkosti laterálnych komôr mozgu. Ich premena na neuróny je veľmi intenzívna. U dospelých potkanov sa z kmeňových buniek za mesiac vytvorí asi 250 000 neurónov, ktoré nahradia 3 % všetkých neurónov v hipokampe. Životnosť takýchto neurónov je veľmi vysoká – až 112 dní. Neurónové kmeňové bunky cestujú dlhú cestu (asi 2 cm). Sú tiež schopné migrovať do čuchovej žiarovky, kde sa menia na neuróny.

Čuchové cibuľky mozgu cicavcov sú zodpovedné za vnímanie a primárne spracovanie rôznych pachov, vrátane rozpoznávania feromónov – látok, ktoré sú svojím chemickým zložením blízke pohlavným hormónom. Sexuálne správanie u hlodavcov je primárne regulované produkciou feromónov. Hipokampus sa nachádza pod cerebrálnymi hemisférami. Funkcie tejto komplexnej štruktúry sú spojené s formovaním krátkodobej pamäte, realizáciou určitých emócií a účasťou na formovaní sexuálneho správania. Prítomnosť konštantnej neurogenézy v čuchovom bulbe a hipokampe u potkanov sa vysvetľuje skutočnosťou, že u hlodavcov tieto štruktúry nesú hlavnú funkčnú záťaž. Nervové bunky v nich preto často odumierajú, čo znamená, že ich treba obnovovať.

Aby sme pochopili, aké podmienky ovplyvňujú neurogenézu v hipokampe a čuchovom bulbe, profesor Gage zo Salk University (USA) postavil miniatúrne mesto. Myši sa tam hrali, robili telesnú výchovu, hľadali východy z labyrintov. Ukázalo sa, že u „mestských“myší vznikali nové neuróny v oveľa väčšom počte ako u ich pasívnych príbuzných, uviaznutých v rutinnom živote vo viváriu.

Kmeňové bunky môžu byť odstránené z mozgu a transplantované do inej časti nervového systému, kde sa stanú neurónmi. Profesor Gage a jeho kolegovia vykonali niekoľko podobných experimentov, z ktorých najpôsobivejší bol nasledujúci. Časť mozgového tkaniva obsahujúca kmeňové bunky bola transplantovaná do zničenej sietnice oka potkana. (Vnútorná stena oka citlivá na svetlo má „nervový“pôvod: skladá sa z upravených neurónov – tyčiniek a čapíkov. Pri zničení svetlocitlivej vrstvy nastáva slepota.) Transplantované mozgové kmeňové bunky sa zmenili na neuróny sietnice., ich výbežky dosiahli zrakový nerv a potkanovi sa vrátil zrak! Navyše, pri transplantácii mozgových kmeňových buniek do neporušeného oka s nimi neprebehli žiadne transformácie. Pravdepodobne pri poškodení sietnice vznikajú niektoré látky (napríklad tzv. rastové faktory), ktoré stimulujú neurogenézu. Presný mechanizmus tohto javu však stále nie je jasný.

Vedci stáli pred úlohou ukázať, že neurogenéza sa vyskytuje nielen u hlodavcov, ale aj u ľudí. Vedci pod vedením profesora Gagea nedávno vykonali senzačné práce. Na jednej z amerických onkologických kliník užívala skupina pacientov s nevyliečiteľnými malígnymi novotvarmi chemoterapeutický liek bromodioxyuridín. Táto látka má dôležitú vlastnosť - schopnosť hromadiť sa v deliacich sa bunkách rôznych orgánov a tkanív. Brómdioxyuridín je začlenený do DNA materskej bunky a je uložený v dcérskych bunkách po delení materských buniek. Patologický výskum ukázal, že neuróny obsahujúce brómdioxyuridín sa nachádzajú takmer vo všetkých častiach mozgu, vrátane mozgovej kôry. Takže tieto neuróny boli nové bunky, ktoré vznikli delením kmeňových buniek. Nález bezpodmienečne potvrdil, že proces neurogenézy prebieha aj u dospelých. Ak sa však neurogenéza u hlodavcov vyskytuje iba v hipokampe, potom u ľudí je pravdepodobné, že dokáže zachytiť rozsiahlejšie oblasti mozgu vrátane mozgovej kôry. Nedávne štúdie ukázali, že nové neuróny v mozgu dospelých sa môžu vytvárať nielen z kmeňových buniek neurónov, ale aj z kmeňových buniek krvi. Objav tohto javu vyvolal vo vedeckom svete eufóriu. Publikácia v časopise „Nature“v októbri 2003 však v mnohých smeroch schladila nadšené mysle. Ukázalo sa, že krvné kmeňové bunky skutočne prenikajú do mozgu, ale nemenia sa na neuróny, ale spájajú sa s nimi a vytvárajú dvojjadrové bunky. Potom sa zničí „staré“jadro neurónu a nahradí sa „novým“jadrom krvnej kmeňovej bunky. V tele potkana sa krvné kmeňové bunky spájajú najmä s obrovskými bunkami mozočka – Purkyňovými bunkami, aj keď sa to stáva pomerne zriedka: v celom mozočku možno nájsť len niekoľko zlúčených buniek. Intenzívnejšia fúzia neurónov nastáva v pečeni a srdcovom svale. Zatiaľ nie je jasné, aký je v tom fyziologický význam. Jednou z hypotéz je, že krvné kmeňové bunky nesú so sebou nový genetický materiál, ktorý vstupom do „starej“cerebelárnej bunky predlžuje jej životnosť.

Takže nové neuróny môžu vzniknúť z kmeňových buniek dokonca aj v mozgu dospelých. Tento jav je už široko používaný na liečbu rôznych neurodegeneratívnych ochorení (ochorenia sprevádzané odumieraním neurónov v mozgu). Prípravky kmeňových buniek na transplantáciu sa získavajú dvoma spôsobmi. Prvým je použitie neurónových kmeňových buniek, ktoré sa u embrya aj dospelého človeka nachádzajú v okolí mozgových komôr. Druhým prístupom je použitie embryonálnych kmeňových buniek. Tieto bunky sa nachádzajú vo vnútornej bunkovej hmote v ranom štádiu tvorby embrya. Sú schopné premeniť sa takmer na akúkoľvek bunku v tele. Najväčšou výzvou pri práci s embryonálnymi bunkami je ich transformácia na neuróny. Nové technológie to umožňujú.

Niektoré nemocnice v Spojených štátoch už vytvorili „knižnice“neurónových kmeňových buniek získaných z embryonálneho tkaniva a transplantujú sa pacientom. Prvé pokusy o transplantáciu prinášajú pozitívne výsledky, aj keď dnes lekári nedokážu vyriešiť hlavný problém takýchto transplantácií: nekontrolovateľné množenie kmeňových buniek v 30 – 40 % prípadov vedie k vzniku zhubných nádorov. Zatiaľ sa nenašiel žiadny prístup, ktorý by tomuto vedľajšiemu účinku zabránil. No aj napriek tomu bude transplantácia kmeňových buniek nepochybne jedným z hlavných prístupov v liečbe neurodegeneratívnych ochorení, akými sú Alzheimerova a Parkinsonova choroba, ktoré sa stali metlou vyspelých krajín.