سلول های عصبی در حال بازسازی هستند

2024 نویسنده: Seth Attwood | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2023-12-16 16:03

عبارت رایج "سلول های عصبی بهبود نمی یابند" توسط همه از دوران کودکی به عنوان یک حقیقت تغییر ناپذیر درک می شود. با این حال، این بدیهیات افسانه ای بیش نیست و داده های علمی جدید آن را رد می کند.

طبیعت در مغز در حال رشد حاشیه ایمنی بسیار بالایی دارد: در طول جنین زایی، تعداد زیادی نورون تشکیل می شود. تقریباً 70 درصد آنها قبل از تولد فرزند می میرند. مغز انسان پس از تولد و در طول زندگی به از دست دادن نورون ها ادامه می دهد. این مرگ سلولی به صورت ژنتیکی برنامه ریزی شده است. البته نه تنها نورون ها، بلکه سایر سلول های بدن نیز می میرند. فقط تمام بافت های دیگر ظرفیت بازسازی بالایی دارند، یعنی سلول های آنها تقسیم می شوند و جایگزین مرده می شوند.

فرآیند بازسازی بیشتر در سلول های اپیتلیوم و اندام های خونساز (مغز استخوان قرمز) فعال است. اما سلول هایی وجود دارند که در آنها ژن های مسئول تولید مثل از طریق تقسیم مسدود شده اند. این سلول ها علاوه بر نورون ها شامل سلول های عضله قلب نیز می شوند. اگر سلول های عصبی بمیرند و تجدید نشوند، چگونه افراد می توانند هوش را تا سنین بسیار بالا حفظ کنند؟

یکی از توضیح های ممکن: همه نورون ها به طور همزمان در سیستم عصبی کار نمی کنند، بلکه فقط 10٪ از نورون ها. این واقعیت اغلب در ادبیات عامیانه و حتی علمی ذکر شده است. من بارها مجبور شده ام این گفته را با همکاران داخلی و خارجی خود در میان بگذارم. و هیچ یک از آنها نمی دانند که این رقم از کجا آمده است. هر سلولی به طور همزمان زندگی می کند و "کار می کند". در هر نورون، فرآیندهای متابولیک همیشه انجام می شود، پروتئین ها سنتز می شوند، تکانه های عصبی تولید و منتقل می شوند. بنابراین، با رها کردن فرضیه نورون‌های "استراحت"، اجازه دهید به یکی از ویژگی‌های سیستم عصبی، یعنی انعطاف پذیری استثنایی آن بپردازیم.

معنای پلاستیسیته این است که عملکرد سلول های عصبی مرده توسط "همکاران" بازمانده آنها، که اندازه آنها افزایش می یابد و اتصالات جدیدی تشکیل می دهند، به عهده می گیرند و عملکردهای از دست رفته را جبران می کنند. کارایی بالا، اما نه بی نهایت چنین جبرانی را می توان با مثال بیماری پارکینسون، که در آن مرگ تدریجی نورون ها وجود دارد، نشان داد. معلوم می شود تا زمانی که حدود 90 درصد از نورون های مغز نمیرند، علائم بالینی بیماری (لرزش اندام ها، محدودیت حرکت، راه رفتن ناپایدار، زوال عقل) ظاهر نمی شود، یعنی فرد عملاً سالم به نظر می رسد. این بدان معناست که یک سلول عصبی زنده می تواند جایگزین 9 مرده شود.

اما انعطاف پذیری سیستم عصبی تنها مکانیسمی نیست که امکان حفظ هوش تا سنین پیری را فراهم می کند. طبیعت همچنین دارای یک بازگشت است - ظهور سلول های عصبی جدید در مغز پستانداران بالغ یا نوروژنز.

اولین گزارش در مورد نوروژنز در سال 1962 در مجله علمی معتبر Science منتشر شد. این مقاله با عنوان "آیا نورون های جدیدی در مغز پستانداران بالغ شکل می گیرد؟" نویسنده آن، پروفسور جوزف آلتمن از دانشگاه پوردو (ایالات متحده آمریکا)، با کمک یک جریان الکتریکی، یکی از ساختارهای مغز موش (جسم ژنتیکی جانبی) را از بین برد و ماده رادیواکتیو را به آن تزریق کرد که به سلول های تازه در حال ظهور نفوذ می کند. چند ماه بعد، دانشمند نورون های رادیواکتیو جدیدی را در تالاموس (بخشی از جلوی مغز) و قشر مغز کشف کرد. در طول هفت سال بعد، آلتمن چندین مطالعه دیگر را منتشر کرد که وجود نوروژنز در مغز پستانداران بالغ را اثبات می کرد. با این حال، پس از آن، در دهه 1960، کار او تنها باعث شک و تردید در میان دانشمندان علوم اعصاب شد، توسعه آنها دنبال نشد.

و تنها بیست سال بعد نوروژنز "بازکشف" شد، اما قبلاً در مغز پرندگان.بسیاری از محققان پرنده های آوازخوان متوجه شده اند که در طول هر فصل جفت گیری، قناری نر Serinus canaria آهنگی را با "زانوهای" جدید می خواند. علاوه بر این، او تریل های جدیدی را از همنوعان خود نمی پذیرد، زیرا آهنگ ها حتی در انزوا به روز می شدند. دانشمندان شروع به مطالعه دقیق مرکز صوتی اصلی پرندگان، واقع در بخش خاصی از مغز کردند و دریافتند که در پایان فصل جفت گیری (در قناری ها در ماه های آگوست و ژانویه رخ می دهد)، بخش قابل توجهی از نورون های مرکز صوتی احتمالاً به دلیل بار عملکردی بیش از حد درگذشت … در اواسط دهه 1980، پروفسور فرناندو نوتبوم از دانشگاه راکفلر (ایالات متحده آمریکا) توانست نشان دهد که در قناری های نر بالغ، فرآیند نوروژنز به طور مداوم در مرکز صوتی رخ می دهد، اما تعداد نورون های تشکیل شده در معرض نوسانات فصلی است. اوج نوروژنز در قناری ها در مهر و اسفند یعنی دو ماه پس از فصل جفت گیری اتفاق می افتد. به همین دلیل است که "کتابخانه موسیقی" آهنگ های قناری نر مرتباً به روز می شود.

در اواخر دهه 1980، نوروژنز نیز در دوزیستان بالغ در آزمایشگاه دانشمند لنینگراد پروفسور A. L. Polenov کشف شد.

اگر سلول های عصبی در حال تقسیم نباشند، نورون های جدید از کجا می آیند؟ معلوم شد منبع نورون های جدید هم در پرندگان و هم در دوزیستان سلول های بنیادی عصبی از دیواره بطن های مغز هستند. در طول رشد جنین، از این سلول ها است که سلول های سیستم عصبی تشکیل می شوند: نورون ها و سلول های گلیال. اما همه سلول های بنیادی به سلول های سیستم عصبی تبدیل نمی شوند - برخی از آنها "پنهان می شوند" و در بال ها منتظر می مانند.

نشان داده شده است که نورون های جدید از سلول های بنیادی ارگانیسم بالغ و در مهره داران پایین تر بوجود می آیند. با این حال، تقریباً پانزده سال طول کشید تا ثابت شود که فرآیند مشابهی در سیستم عصبی پستانداران رخ می دهد.

پیشرفت‌های علوم اعصاب در اوایل دهه 1990 منجر به کشف نورون‌های "نوزاد" در مغز موش‌ها و موش‌های بالغ شد. آنها بیشتر در بخش‌های باستانی مغز یافت شدند: پیازهای بویایی و قشر هیپوکامپ، که عمدتاً مسئول رفتار عاطفی، پاسخ استرس و تنظیم عملکردهای جنسی پستانداران هستند.

درست مانند پرندگان و مهره داران تحتانی، در پستانداران نیز سلول های بنیادی عصبی در نزدیکی بطن های جانبی مغز قرار دارند. تبدیل آنها به نورون ها بسیار فشرده است. در موش های بالغ، حدود 250000 نورون در ماه از سلول های بنیادی تشکیل می شود که جایگزین 3 درصد از تمام نورون های هیپوکامپ می شود. طول عمر چنین نورون هایی بسیار زیاد است - تا 112 روز. سلول های بنیادی عصبی مسیر طولانی (حدود 2 سانتی متر) را طی می کنند. آنها همچنین می توانند به پیاز بویایی مهاجرت کنند و در آنجا به نورون تبدیل شوند.

لامپ های بویایی مغز پستانداران مسئول درک و پردازش اولیه بوهای مختلف از جمله تشخیص فرمون ها هستند - موادی که در ترکیب شیمیایی خود به هورمون های جنسی نزدیک هستند. رفتار جنسی در جوندگان در درجه اول توسط تولید فرمون تنظیم می شود. هیپوکامپ در زیر نیمکره های مغز قرار دارد. کارکردهای این ساختار پیچیده با شکل گیری حافظه کوتاه مدت، تحقق برخی احساسات و مشارکت در شکل گیری رفتار جنسی مرتبط است. وجود نوروژنز ثابت در پیاز بویایی و هیپوکامپ در موش ها با این واقعیت توضیح داده می شود که در جوندگان این ساختارها بار عملکردی اصلی را تحمل می کنند. بنابراین، سلول های عصبی در آنها اغلب می میرند، به این معنی که آنها نیاز به تجدید دارند.

پروفسور گیج از دانشگاه سالک (ایالات متحده آمریکا) برای درک اینکه چه شرایطی بر نوروژنز در هیپوکامپ و پیاز بویایی تأثیر می گذارد، یک شهر مینیاتوری ساخت. موش ها آنجا بازی می کردند، تربیت بدنی انجام می دادند، به دنبال خروجی از هزارتوها می گشتند.معلوم شد که در موش‌های «شهری»، نورون‌های جدید در تعداد بسیار بیشتری نسبت به خویشاوندان منفعل آنها که در یک زندگی معمولی در یک ویواریوم غوطه‌ور بودند، پدید آمدند.

سلول های بنیادی را می توان از مغز خارج کرد و به قسمت دیگری از سیستم عصبی پیوند زد و در آنجا به نورون تبدیل شد. پروفسور گیج و همکارانش چندین آزمایش مشابه انجام دادند که چشمگیرترین آنها آزمایش زیر بود. بخشی از بافت مغز حاوی سلول های بنیادی به شبکیه تخریب شده چشم موش صحرایی پیوند زده شد. (دیواره داخلی حساس به نور چشم منشأ "عصبی" دارد: از نورون های اصلاح شده - میله ها و مخروط ها تشکیل شده است. وقتی لایه حساس به نور از بین می رود، کوری ایجاد می شود.) سلول های بنیادی مغز پیوند شده به نورون های شبکیه تبدیل می شوند. ، فرآیندهای آنها به عصب بینایی رسید و موش بینایی خود را به دست آورد! علاوه بر این، هنگام پیوند سلول‌های بنیادی مغز به چشم سالم، هیچ تغییری در آنها رخ نداد. احتمالاً وقتی شبکیه آسیب می بیند، موادی تولید می شود (مثلاً به اصطلاح فاکتورهای رشد) که نوروژنز را تحریک می کنند. با این حال مکانیسم دقیق این پدیده هنوز مشخص نیست.

دانشمندان با وظیفه ای مواجه شدند که نشان دهند نوروژنز نه تنها در جوندگان، بلکه در انسان نیز رخ می دهد. برای این منظور، محققان تحت هدایت پروفسور گیج اخیراً کارهای هیجان انگیزی انجام دادند. در یکی از کلینیک‌های انکولوژی آمریکا، گروهی از بیماران مبتلا به نئوپلاسم‌های بدخیم غیرقابل درمان، داروی شیمی‌درمانی برمودیوکسی‌اوریدین را مصرف کردند. این ماده دارای خاصیت مهمی است - توانایی تجمع در سلول های تقسیم کننده اندام ها و بافت های مختلف. برومودیوکسیوریدین به DNA سلول مادر وارد می شود و پس از تقسیم سلول های مادر در سلول های دختر ذخیره می شود. تحقیقات پاتولوژیک نشان داده است که نورون های حاوی برمودیوکسیوریدین تقریباً در تمام قسمت های مغز از جمله قشر مغز یافت می شوند. بنابراین این نورون ها سلول های جدیدی بودند که از تقسیم سلول های بنیادی پدید آمدند. این یافته بدون قید و شرط تایید کرد که فرآیند نوروژنز در بزرگسالان نیز رخ می دهد. اما اگر در جوندگان، نوروژنز فقط در هیپوکامپ اتفاق می افتد، در انسان، این احتمال وجود دارد که بتواند مناطق وسیع تری از مغز، از جمله قشر مغز را بگیرد. مطالعات اخیر نشان داده‌اند که نورون‌های جدید در مغز بالغ نه تنها از سلول‌های بنیادی عصبی، بلکه از سلول‌های بنیادی خون نیز ساخته می‌شوند. کشف این پدیده باعث ایجاد سرخوشی در دنیای علم شده است. با این حال، انتشار در مجله "Nature" در اکتبر 2003 ذهن های مشتاق را از بسیاری جهات خنک کرد. معلوم شد که سلول های بنیادی خون واقعاً به مغز نفوذ می کنند، اما به نورون تبدیل نمی شوند، بلکه با آنها ادغام می شوند و سلول های دو هسته ای را تشکیل می دهند. سپس هسته "قدیمی" نورون از بین می رود و هسته "جدید" سلول بنیادی خون جایگزین آن می شود. در بدن موش، سلول های بنیادی خون عمدتاً با سلول های غول پیکر مخچه - سلول های پورکنژ ادغام می شوند، اگرچه این اتفاق به ندرت رخ می دهد: فقط چند سلول ادغام شده را می توان در کل مخچه یافت. همجوشی شدیدتر نورون ها در کبد و عضله قلب اتفاق می افتد. هنوز مشخص نیست که معنای فیزیولوژیکی آن چیست. یکی از فرضیه ها این است که سلول های بنیادی خون حامل مواد ژنتیکی جدیدی هستند که با ورود به سلول "قدیمی" مخچه، عمر آن را طولانی تر می کند.

بنابراین، نورون های جدید می توانند از سلول های بنیادی حتی در مغز بالغ ایجاد شوند. این پدیده در حال حاضر به طور گسترده برای درمان بیماری های تخریب کننده عصبی مختلف (بیماری های همراه با مرگ نورون های مغز) استفاده می شود. آماده سازی سلول های بنیادی برای پیوند به دو روش به دست می آید.اولین مورد استفاده از سلول های بنیادی عصبی است که هم در جنین و هم در بزرگسالان در اطراف بطن های مغز قرار دارند. رویکرد دوم استفاده از سلول های بنیادی جنینی است. این سلول ها در مرحله اولیه تشکیل جنین در توده سلولی داخلی قرار دارند. آنها می توانند تقریباً به هر سلولی در بدن تبدیل شوند. بزرگترین چالش در کار با سلول های جنینی تبدیل آنها به نورون است. فناوری های جدید این امکان را فراهم می کند.

برخی بیمارستان‌ها در ایالات متحده قبلاً «کتابخانه‌هایی» از سلول‌های بنیادی عصبی به‌دست‌آمده از بافت جنینی تشکیل داده‌اند و در حال پیوند به بیماران هستند. اولین تلاش ها برای پیوند نتایج مثبتی را به همراه دارد، اگرچه امروزه پزشکان نمی توانند مشکل اصلی چنین پیوندهایی را حل کنند: تکثیر بی رویه سلول های بنیادی در 30-40٪ موارد منجر به تشکیل تومورهای بدخیم می شود. هنوز هیچ رویکردی برای جلوگیری از این عارضه جانبی پیدا نشده است. اما با وجود این، پیوند سلول های بنیادی بدون شک یکی از رویکردهای اصلی در درمان بیماری های عصبی مانند آلزایمر و پارکینسون خواهد بود که به بلای کشورهای پیشرفته تبدیل شده است.