Sinir hücreleri restore ediliyor

2024 Yazar: Seth Attwood | [email protected]. Son düzenleme: 2023-12-16 16:18

Popüler tabiri "Sinir hücreleri iyileşmez" çocukluktan itibaren herkes tarafından değişmez bir gerçek olarak algılanır. Ancak bu aksiyom bir efsaneden başka bir şey değildir ve yeni bilimsel veriler onu yalanlamaktadır.

Doğa, gelişmekte olan beyinde çok yüksek bir güvenlik payı bırakır: embriyogenez sırasında çok fazla nöron oluşur. Bunların neredeyse %70'i bir çocuğun doğumundan önce ölüyor. İnsan beyni, doğumdan sonra, yaşam boyunca nöronlarını kaybetmeye devam eder. Bu hücre ölümü genetik olarak programlanmıştır. Tabii ki, sadece nöronlar değil, aynı zamanda vücudun diğer hücreleri de ölür. Sadece diğer tüm dokular yüksek yenilenme kapasitesine sahiptir, yani hücreleri bölünerek ölülerin yerini alır.

Rejenerasyon süreci en çok epitel ve hematopoietik organların (kırmızı kemik iliği) hücrelerinde aktiftir. Ancak bölünerek üremeden sorumlu genlerin bloke edildiği hücreler vardır. Nöronlara ek olarak, bu hücreler kalp kasının hücrelerini içerir. Sinir hücreleri ölür ve yenilenmezse, insanlar zekayı çok yaşlılığa kadar nasıl koruyabilirler?

Olası açıklamalardan biri: sinir sisteminde tüm nöronlar aynı anda "çalışmaz", ancak nöronların yalnızca %10'u. Bu gerçek, popüler ve hatta bilimsel literatürde sıklıkla belirtilir. Bu açıklamayı yerli ve yabancı meslektaşlarımla defalarca tartışmak zorunda kaldım. Ve hiçbiri bu rakamın nereden geldiğini anlamıyor. Herhangi bir hücre aynı anda yaşar ve "çalışır". Her nöronda her zaman metabolik süreçler gerçekleşir, proteinler sentezlenir, sinir uyarıları üretilir ve iletilir. Bu nedenle, "dinlenme" nöronları hipotezini bırakarak, sinir sisteminin özelliklerinden birine, yani olağanüstü plastisitesine dönelim.

Plastisitenin anlamı, ölü sinir hücrelerinin işlevlerinin, hayatta kalan "meslektaşları" tarafından devralınması, boyutları artan ve yeni bağlantılar oluşturan, kaybedilen işlevlerin telafi edilmesidir. Bu tür bir telafinin yüksek, ancak sonsuz olmayan verimliliği, kademeli bir nöron ölümünün olduğu Parkinson hastalığı örneği ile gösterilebilir. Beyindeki nöronların yaklaşık% 90'ı ölene kadar, hastalığın klinik semptomlarının (uzuvların titremesi, hareket kısıtlılığı, dengesiz yürüyüş, bunama) ortaya çıkmadığı, yani kişinin pratik olarak sağlıklı göründüğü ortaya çıktı. Bu, yaşayan bir sinir hücresinin dokuz ölünün yerini alabileceği anlamına gelir.

Ancak sinir sisteminin esnekliği, zekanın olgun bir yaşlılığa kadar korunmasına izin veren tek mekanizma değildir. Doğanın da bir geri dönüşü vardır - yetişkin memelilerin beyninde yeni sinir hücrelerinin ortaya çıkması veya nörojenez.

Nörogenez üzerine ilk rapor 1962'de prestijli bilim dergisi Science'da yayınlandı. Makalenin başlığı "Yetişkin Memelilerin Beyninde Yeni Nöronlar mı Oluşuyor?" Yazarı, Purdue Üniversitesi'nden (ABD) Profesör Joseph Altman, bir elektrik akımı yardımıyla, farenin beyninin yapılarından birini (yan genikulat gövdesi) yok etti ve oraya yeni ortaya çıkan hücrelere nüfuz eden bir radyoaktif madde enjekte etti. Birkaç ay sonra, bilim adamı talamusta (ön beynin bir parçası) ve serebral kortekste yeni radyoaktif nöronlar keşfetti. Sonraki yedi yıl boyunca Altman, yetişkin memelilerin beyninde nörojenezin varlığını kanıtlayan birkaç çalışma daha yayınladı. Bununla birlikte, 1960'larda, çalışmaları nörobilimciler arasında yalnızca şüpheciliğe neden oldu, gelişmeleri takip etmedi.

Ve sadece yirmi yıl sonra nörojenez "yeniden keşfedildi", ancak zaten kuşların beyninde. Birçok ötücü kuş araştırmacısı, her çiftleşme mevsiminde erkek kanarya Serinus canaria'nın yeni "dizleri" olan bir şarkı söylediğini fark etmiştir. Üstelik, şarkılar tek başına bile güncellendiğinden, arkadaşlarından yeni triller almıyor. Bilim adamları, beynin özel bir bölümünde bulunan kuşların ana ses merkezini ayrıntılı olarak incelemeye başladılar ve çiftleşme mevsiminin sonunda (kanaryalarda ağustos ve ocak aylarında meydana gelir), nöronların önemli bir kısmının olduğunu buldular. muhtemelen aşırı fonksiyonel yük nedeniyle ses merkezi öldü … 1980'lerin ortalarında, Rockefeller Üniversitesi'nden (ABD) Profesör Fernando Notteboom, yetişkin erkek kanaryalarda, ses merkezinde nörojenez sürecinin sürekli gerçekleştiğini, ancak oluşan nöron sayısının mevsimsel dalgalanmalara tabi olduğunu gösterebildi. Kanaryalarda nörogenezin zirvesi Ekim ve Mart aylarında, yani çiftleşme mevsimlerinden iki ay sonra meydana gelir. Bu nedenle erkek kanarya şarkılarının "müzik kütüphanesi" düzenli olarak güncellenmektedir.

1980'lerin sonlarında, Leningrad bilim adamı Profesör A. L. Polenov'un laboratuvarındaki yetişkin amfibilerde de nörojenez keşfedildi.

Sinir hücreleri bölünmüyorsa yeni nöronlar nereden geliyor? Hem kuşlarda hem de amfibilerde yeni nöronların kaynağının, beynin karıncıklarının duvarındaki nöronal kök hücreler olduğu ortaya çıktı. Embriyonun gelişimi sırasında, bu hücrelerden sinir sisteminin hücreleri oluşur: nöronlar ve glial hücreler. Ancak tüm kök hücreler sinir sisteminin hücrelerine dönüşmez - bazıları "saklanır" ve kanatlarda bekler.

Yeni nöronların yetişkin organizmanın kök hücrelerinden ve alt omurgalılarda ortaya çıktığı gösterilmiştir. Bununla birlikte, memelilerin sinir sisteminde benzer bir sürecin gerçekleştiğini kanıtlamak neredeyse on beş yıl sürdü.

1990'ların başında sinirbilimdeki ilerlemeler, yetişkin sıçan ve farelerin beyinlerinde "yeni doğan" nöronların keşfine yol açtı. Bunlar çoğunlukla beynin evrimsel olarak eski kısımlarında bulundu: başlıca duygusal davranıştan, stres tepkisinden ve memeli cinsel işlevlerinin düzenlenmesinden sorumlu olan koku soğancıkları ve hipokampal korteks.

Tıpkı kuşlarda ve alt omurgalılarda olduğu gibi, memelilerde de nöronal kök hücreler, beynin yan karıncıklarının yakınında bulunur. Nöronlara dönüşümleri çok yoğundur. Yetişkin sıçanlarda, kök hücrelerden ayda yaklaşık 250.000 nöron oluşur ve hipokampustaki tüm nöronların %3'ünün yerini alır. Bu tür nöronların ömrü çok yüksektir - 112 güne kadar. Nöronal kök hücreler uzun bir yol kat eder (yaklaşık 2 cm). Ayrıca koku soğancığına göç ederek orada nöronlara dönüşebilirler.

Memeli beyninin koku soğanları, kimyasal bileşimlerinde seks hormonlarına yakın olan feromonların tanınması da dahil olmak üzere çeşitli kokuların algılanmasından ve birincil işlenmesinden sorumludur. Kemirgenlerde cinsel davranış öncelikle feromon üretimi ile düzenlenir. Hipokampus, serebral hemisferlerin altında bulunur. Bu karmaşık yapının işlevleri, kısa süreli hafızanın oluşumu, belirli duyguların gerçekleşmesi ve cinsel davranışların oluşumuna katılım ile ilişkilidir. Sıçanlarda koku ampulü ve hipokampusta sürekli nörojenezin varlığı, kemirgenlerde bu yapıların ana fonksiyonel yükü taşıması ile açıklanmaktadır. Bu nedenle içlerindeki sinir hücreleri sıklıkla ölür, bu da yenilenmeleri gerektiği anlamına gelir.

Salk Üniversitesi'nden (ABD) Profesör Gage, hipokampusta ve koku soğancığında hangi koşulların nörojenezi etkilediğini anlamak için minyatür bir şehir inşa etti. Orada oynayan fareler beden eğitimi yaptılar, labirentlerden çıkış aradılar."Kentli" farelerde, yeni nöronların pasif akrabalarından çok daha fazla sayıda ortaya çıktığı, bir vivaryumda rutin bir yaşam içinde olduğu ortaya çıktı.

Kök hücreler beyinden alınıp sinir sisteminin başka bir bölümüne nakledilerek nöron haline getirilebilir. Profesör Gage ve meslektaşları, en etkileyici olanı aşağıdaki olan birkaç benzer deney yaptılar. Kök hücre içeren beyin dokusunun bir bölümü, bir sıçan gözünün tahrip olmuş retinasına nakledildi. (Gözün ışığa duyarlı iç duvarı "sinir" kökenlidir: değiştirilmiş nöronlardan - çubuklar ve konilerden oluşur. Işığa duyarlı katman yok edildiğinde körlük başlar.) Nakledilen beyin kök hücreleri retina nöronlarına dönüştü., süreçleri optik sinire ulaştı ve sıçan görüşünü geri kazandı! Ayrıca, sağlam bir göze beyin kök hücreleri nakledilirken, bunlarda herhangi bir dönüşüm gerçekleşmedi. Muhtemelen, retina hasar gördüğünde, nörojenezi uyaran bazı maddeler (örneğin, büyüme faktörleri olarak adlandırılan) üretilir. Bununla birlikte, bu fenomenin kesin mekanizması hala net değildir.

Bilim adamları, nörojenezin sadece kemirgenlerde değil, insanlarda da meydana geldiğini gösterme göreviyle karşı karşıya kaldılar. Bu amaçla, yakın zamanda Profesör Gage'in rehberliğinde araştırmacılar sansasyonel bir çalışma gerçekleştirdiler. Amerikan onkoloji kliniklerinden birinde, tedavi edilemez malign neoplazmaları olan bir grup hasta kemoterapötik ilaç bromodioksiuridin aldı. Bu maddenin önemli bir özelliği vardır - çeşitli organ ve dokuların bölünen hücrelerinde birikme yeteneği. Bromodioksiuridin, ana hücrenin DNA'sına dahil edilir ve annenin hücreleri bölündükten sonra yavru hücrelerde depolanır. Patolojik araştırmalar, bromodioksiüridin içeren nöronların, serebral korteks de dahil olmak üzere beynin hemen hemen tüm bölümlerinde bulunduğunu göstermiştir. Yani bu nöronlar, kök hücre bölünmesinden ortaya çıkan yeni hücrelerdi. Bulgu, koşulsuz olarak nörojenez sürecinin yetişkinlerde de meydana geldiğini doğruladı. Ancak kemirgenlerde nörojenez sadece hipokampusta meydana gelirse, o zaman insanlarda, serebral korteks de dahil olmak üzere beynin daha geniş alanlarını yakalayabilmesi muhtemeldir. Son zamanlarda yapılan araştırmalar, yetişkin beyninde yeni nöronların sadece nöronal kök hücrelerden değil, kan kök hücrelerinden de oluşabileceğini göstermiştir. Bu olgunun keşfi bilim dünyasında coşkuya neden oldu. Ancak, Ekim 2003'te "Nature" dergisinde yayınlanan yayın, coşkulu zihinleri birçok yönden soğuttu. Kan kök hücrelerinin gerçekten de beyne nüfuz ettiği, ancak nöronlara dönüşmedikleri, onlarla birleşerek çift çekirdekli hücreler oluşturduğu ortaya çıktı. Daha sonra nöronun "eski" çekirdeği yok edilir ve onun yerini kan kök hücresinin "yeni" çekirdeği alır. Sıçan vücudunda, kan kök hücreleri esas olarak serebellumun dev hücreleri - Purkinje hücreleri ile birleşir, ancak bu oldukça nadirdir: tüm beyincikte sadece birkaç birleştirilmiş hücre bulunabilir. Karaciğer ve kalp kasında daha yoğun nöron füzyonu meydana gelir. Bunun fizyolojik anlamının ne olduğu henüz belli değil. Hipotezlerden biri, kan kök hücrelerinin yanlarında "eski" serebellar hücreye girerek ömrünü uzatan yeni genetik materyal taşımasıdır.

Böylece yetişkin beyninde bile kök hücrelerden yeni nöronlar ortaya çıkabilir. Bu fenomen, çeşitli nörodejeneratif hastalıkları (beyindeki nöronların ölümünün eşlik ettiği hastalıklar) tedavi etmek için zaten yaygın olarak kullanılmaktadır. Nakil için kök hücre hazırlıkları iki şekilde elde edilir. Birincisi, hem embriyoda hem de yetişkinde beynin karıncıklarının çevresinde bulunan nöronal kök hücrelerin kullanılmasıdır. İkinci yaklaşım, embriyonik kök hücrelerin kullanılmasıdır. Bu hücreler, embriyo oluşumunun erken bir aşamasında iç hücre kütlesinde bulunur. Vücuttaki hemen hemen her hücreye dönüşebilirler. Embriyonik hücrelerle çalışmanın en büyük zorluğu onların nöronlara dönüşmesini sağlamaktır. Yeni teknolojiler bunu mümkün kılıyor.

Amerika Birleşik Devletleri'ndeki bazı hastaneler, embriyonik dokudan elde edilen nöronal kök hücrelerin "kütüphaneleri" oluşturdu ve hastalara naklediliyor. İlk nakil denemeleri olumlu sonuçlar veriyor, ancak bugün doktorlar bu tür nakillerin ana sorununu çözemese de: vakaların %30-40'ında kök hücrelerin hızla çoğalması, kötü huylu tümörlerin oluşumuna yol açıyor. Bu yan etkiyi önleyecek bir yaklaşım henüz bulunamadı. Ancak buna rağmen gelişmiş ülkelerin baş belası haline gelen Alzheimer ve Parkinson gibi nörodejeneratif hastalıkların tedavisinde kök hücre nakli kuşkusuz temel yaklaşımlardan biri olacaktır.