Nervové buňky se obnovují

2024 Autor: Seth Attwood | [email protected]. Naposledy změněno: 2023-12-16 16:00

Populární výraz „Nervové buňky se nevzpamatují“každý od dětství vnímá jako neměnnou pravdu. Tento axiom však není nic jiného než mýtus a nové vědecké údaje jej vyvracejí.

Příroda klade do vyvíjejícího se mozku velmi vysokou míru bezpečnosti: během embryogeneze se tvoří velký přebytek neuronů. Téměř 70 % z nich umírá ještě před narozením dítěte. Lidský mozek ztrácí neurony po narození, po celý život. Tato buněčná smrt je geneticky naprogramována. Samozřejmě neumírají jen neurony, ale i další buňky těla. Pouze všechny ostatní tkáně mají vysokou regenerační schopnost, to znamená, že se jejich buňky dělí a nahrazují mrtvé.

Regenerační proces je nejaktivnější v buňkách epitelu a krvetvorných orgánů (červená kostní dřeň). Existují ale buňky, ve kterých jsou blokovány geny odpovědné za reprodukci dělením. Kromě neuronů tyto buňky zahrnují buňky srdečního svalu. Jak se lidem podaří zachovat inteligenci až do vysokého věku, když nervové buňky odumírají a nejsou obnoveny?

Jedno z možných vysvětlení: v nervovém systému „nepracují“všechny neurony současně, ale pouze 10 % neuronů. Tato skutečnost je často citována v populární a dokonce i vědecké literatuře. Toto tvrzení jsem musel opakovaně probírat se svými domácími i zahraničními kolegy. A nikdo z nich nechápe, kde se toto číslo vzalo. Jakákoli buňka žije a „pracuje“zároveň. V každém neuronu neustále probíhají metabolické procesy, syntetizují se proteiny, vznikají a přenášejí nervové impulsy. Opustíme-li tedy hypotézu „odpočívajících“neuronů, přejděme k jedné z vlastností nervového systému, a to k jeho výjimečné plasticitě.

Smysl plasticity je v tom, že funkce mrtvých nervových buněk přebírají jejich přeživší „kolegové“, kteří se zvětšují a vytvářejí nová spojení, kompenzující ztracené funkce. Vysokou, nikoli však nekonečnou účinnost takové kompenzace lze ilustrovat na příkladu Parkinsonovy choroby, při které dochází k postupnému odumírání neuronů. Ukazuje se, že dokud asi 90 % neuronů v mozku neodumře, klinické příznaky onemocnění (třes končetin, omezení hybnosti, nejistá chůze, demence) se neobjevují, to znamená, že člověk vypadá prakticky zdravě. To znamená, že jedna živá nervová buňka může nahradit devět mrtvých.

Ale plasticita nervového systému není jediným mechanismem, který umožňuje uchování inteligence do zralého stáří. Příroda má i spád – vznik nových nervových buněk v mozku dospělých savců neboli neurogenezi.

První zpráva o neurogenezi se objevila v roce 1962 v prestižním vědeckém časopise Science. Článek se jmenoval "Tvoří se nové neurony v mozku dospělých savců?" Jeho autor, profesor Joseph Altman z Purdue University (USA), za pomoci elektrického proudu zničil jednu ze struktur mozku krysy (laterální geniculate body) a vstříkl tam radioaktivní látku, která proniká do nově vznikajících buněk. O několik měsíců později vědec objevil nové radioaktivní neurony v thalamu (část předního mozku) a mozkové kůře. Během následujících sedmi let Altman publikoval několik dalších studií prokazujících existenci neurogeneze v mozku dospělých savců. Jeho práce však potom v 60. letech vyvolala mezi neurovědci jen skepsi, jejich vývoj nenásledoval.

A teprve o dvacet let později byla neurogeneze „znovu objevena“, ale již v mozku ptáků. Mnoho výzkumníků zpěvných ptáků si všimlo, že během každého období páření zpívá samec kanárka Serinus canaria píseň s novými „koleny“. Navíc nepřijímá nové trylky od svých kolegů, protože písně byly aktualizovány i v izolaci. Vědci začali podrobně studovat hlavní hlasové centrum ptáků, které se nachází ve speciální části mozku, a zjistili, že na konci období páření (u kanárů k němu dochází v srpnu a lednu) se významná část neuronů hlasové centrum zemřelo, pravděpodobně kvůli nadměrné funkční zátěži … V polovině 80. let dokázal profesor Fernando Notteboom z Rockefellerovy univerzity (USA) prokázat, že u dospělých samců kanárů probíhá proces neurogeneze v hlasovém centru neustále, ale počet vytvořených neuronů podléhá sezónním výkyvům. Vrchol neurogeneze u kanárů nastává v říjnu a březnu, tedy dva měsíce po období páření. Proto je pravidelně aktualizována „hudebnice“zpěvů samečka kanára.

Koncem 80. let byla neurogeneze objevena také u dospělých obojživelníků v laboratoři leningradského vědce profesora A. L. Polenova.

Odkud se berou nové neurony, když se nervové buňky nedělí? Ukázalo se, že zdrojem nových neuronů u ptáků i obojživelníků jsou neuronální kmenové buňky ze stěny mozkových komor. Během vývoje embrya se právě z těchto buněk tvoří buňky nervového systému: neurony a gliové buňky. Ale ne všechny kmenové buňky se promění v buňky nervového systému – některé se „schovají“a čekají v křídlech.

Bylo prokázáno, že nové neurony vznikají z kmenových buněk dospělého organismu a u nižších obratlovců. Trvalo však téměř patnáct let, než bylo prokázáno, že k podobnému procesu dochází i v nervovém systému savců.

Pokrok v neurovědě na počátku 90. let vedl k objevu „novorozených“neuronů v mozcích dospělých potkanů a myší. Byly nalezeny většinou v evolučně starověkých částech mozku: čichové bulby a hipokampální kůra, které jsou zodpovědné hlavně za emoční chování, stresovou reakci a regulaci sexuálních funkcí savců.

Stejně jako u ptáků a nižších obratlovců jsou i u savců neuronální kmenové buňky umístěny v blízkosti postranních mozkových komor. Jejich přeměna na neurony je velmi intenzivní. U dospělých potkanů se z kmenových buněk za měsíc vytvoří asi 250 000 neuronů, které nahradí 3 % všech neuronů v hipokampu. Životnost takových neuronů je velmi vysoká – až 112 dní. Neuronální kmenové buňky urazí dlouhou cestu (asi 2 cm). Jsou také schopni migrovat do čichové žárovky, kde se mění na neurony.

Čichové bulby savčího mozku jsou zodpovědné za vnímání a primární zpracování různých pachů, včetně rozpoznávání feromonů - látek, které se svým chemickým složením blíží pohlavním hormonům. Sexuální chování u hlodavců je primárně regulováno produkcí feromonů. Hipokampus se nachází pod mozkovými hemisférami. Funkce této komplexní struktury jsou spojeny s tvorbou krátkodobé paměti, realizací určitých emocí a účastí na utváření sexuálního chování. Přítomnost konstantní neurogeneze v čichovém bulbu a hippocampu u potkanů se vysvětluje tím, že u hlodavců tyto struktury nesou hlavní funkční zátěž. Nervové buňky v nich proto často odumírají, což znamená, že je třeba je obnovovat.

Aby bylo možné pochopit, jaké podmínky ovlivňují neurogenezi v hippocampu a čichovém bulbu, postavil profesor Gage ze Salk University (USA) miniaturní město. Myši si tam hrály, dělaly tělocvik, hledaly východy z labyrintů. Ukázalo se, že u „městských“myší vznikaly nové neurony v mnohem větším počtu než u jejich pasivních příbuzných, utápěných v rutinním životě ve viváriu.

Kmenové buňky mohou být odstraněny z mozku a transplantovány do jiné části nervového systému, kde se stanou neurony. Profesor Gage a jeho kolegové provedli několik podobných experimentů, z nichž nejpůsobivější byl následující. Část mozkové tkáně obsahující kmenové buňky byla transplantována do zničené sítnice oka potkana. (Světlocitlivá vnitřní stěna oka má "nervový" původ: skládá se z modifikovaných neuronů - tyčinek a čípků. Při zničení světlocitlivé vrstvy nastupuje slepota.) Transplantované mozkové kmenové buňky se proměnily v neurony sítnice., jejich procesy dosáhly zrakového nervu a krysa znovu získala zrak! Navíc při transplantaci mozkových kmenových buněk do neporušeného oka s nimi neproběhly žádné transformace. Pravděpodobně při poškození sítnice dochází k produkci některých látek (například tzv. růstových faktorů), které stimulují neurogenezi. Přesný mechanismus tohoto jevu však stále není jasný.

Vědci stáli před úkolem ukázat, že k neurogenezi nedochází pouze u hlodavců, ale také u lidí. Za tímto účelem vědci pod vedením profesora Gage nedávno provedli senzační práci. Na jedné z amerických onkologických klinik užívala skupina pacientů s nevyléčitelnými zhoubnými novotvary chemoterapeutikum bromodioxyuridin. Tato látka má důležitou vlastnost - schopnost akumulovat se v dělících se buňkách různých orgánů a tkání. Bromodioxyuridin je zabudován do DNA mateřské buňky a po rozdělení mateřských buněk je uložen v dceřiných buňkách. Patologický výzkum ukázal, že neurony obsahující bromodioxyuridin se nacházejí téměř ve všech částech mozku, včetně mozkové kůry. Takže tyto neurony byly nové buňky, které vznikly dělením kmenových buněk. Nález bezvýhradně potvrdil, že k procesu neurogeneze dochází i u dospělých. Ale pokud u hlodavců k neurogenezi dochází pouze v hippocampu, pak u lidí je pravděpodobné, že dokáže zachytit rozsáhlejší oblasti mozku, včetně mozkové kůry. Nedávné studie ukázaly, že nové neurony v dospělém mozku mohou vznikat nejen z neuronových kmenových buněk, ale také z krevních kmenových buněk. Objev tohoto fenoménu vyvolal ve vědeckém světě euforii. Nicméně publikace v časopise "Nature" v říjnu 2003 zchladila nadšené mysli v mnoha ohledech. Ukázalo se, že krevní kmenové buňky skutečně pronikají do mozku, ale nemění se v neurony, ale slučují se s nimi a vytvářejí binukleární buňky. Poté je zničeno „staré“jádro neuronu a je nahrazeno „novým“jádrem krevní kmenové buňky. V těle krysy se krevní kmenové buňky spojují především s obřími buňkami mozečku – Purkyňovými buňkami, i když k tomu dochází zcela výjimečně: v celém mozečku lze nalézt jen několik sloučených buněk. K intenzivnější fúzi neuronů dochází v játrech a srdečním svalu. Zatím není jasné, jaký je v tom fyziologický význam. Jednou z hypotéz je, že krevní kmenové buňky s sebou nesou nový genetický materiál, který vstupem do „staré“mozečkové buňky prodlužuje její životnost.

Nové neurony tedy mohou vznikat z kmenových buněk i v dospělém mozku. Tento jev je již hojně využíván k léčbě různých neurodegenerativních onemocnění (onemocnění doprovázených odumíráním neuronů v mozku). Přípravky kmenových buněk pro transplantaci se získávají dvěma způsoby. Prvním z nich je využití neuronových kmenových buněk, které se u embrya i dospělého nacházejí v okolí mozkových komor. Druhým přístupem je použití embryonálních kmenových buněk. Tyto buňky se nacházejí ve vnitřní buněčné hmotě v rané fázi tvorby embrya. Jsou schopny se transformovat do téměř jakékoli buňky v těle. Největší výzvou při práci s embryonálními buňkami je přimět je, aby se transformovaly na neurony. Nové technologie to umožňují.

Některé nemocnice ve Spojených státech již vytvořily „knihovny“neuronových kmenových buněk získaných z embryonální tkáně a jsou transplantovány pacientům. První pokusy o transplantaci přinášejí pozitivní výsledky, i když dnes lékaři nedokážou vyřešit hlavní problém takových transplantací: nekontrolovatelné množení kmenových buněk vede ve 30–40 % případů ke vzniku zhoubných nádorů. Dosud nebyl nalezen žádný přístup, který by tomuto vedlejšímu efektu zabránil. Ale i přes to bude transplantace kmenových buněk bezpochyby jedním z hlavních přístupů v léčbě neurodegenerativních onemocnění, jako je Alzheimerova a Parkinsonova choroba, které se staly metlou vyspělých zemí.