เซลล์ประสาทกำลังได้รับการฟื้นฟู

2024 ผู้เขียน: Seth Attwood | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2023-12-16 16:17

นิพจน์ยอดนิยม "เซลล์ประสาทไม่ฟื้นตัว" ทุกคนรับรู้ตั้งแต่วัยเด็กว่าเป็นความจริงที่ไม่เปลี่ยนรูป อย่างไรก็ตาม สัจพจน์นี้ไม่มีอะไรมากไปกว่าตำนาน และข้อมูลทางวิทยาศาสตร์ใหม่ได้หักล้างมัน

ธรรมชาติทำให้สมองที่กำลังพัฒนามีความปลอดภัยสูงมาก: ในระหว่างการสร้างตัวอ่อน เซลล์ประสาทจำนวนมากจะก่อตัวขึ้น เกือบ 70% ของพวกเขาเสียชีวิตก่อนคลอดบุตร สมองของมนุษย์ยังคงสูญเสียเซลล์ประสาทไปตลอดชีวิตหลังคลอด การตายของเซลล์นี้ได้รับการตั้งโปรแกรมทางพันธุกรรม แน่นอน ไม่เพียงแต่เซลล์ประสาทตายเท่านั้น แต่ยังรวมถึงเซลล์อื่นๆ ของร่างกายด้วย เฉพาะเนื้อเยื่ออื่น ๆ ทั้งหมดเท่านั้นที่มีความสามารถในการงอกใหม่สูง กล่าวคือ เซลล์ของพวกมันแบ่งตัว แทนที่เซลล์ที่ตายแล้ว

กระบวนการสร้างใหม่มีบทบาทมากที่สุดในเซลล์ของเยื่อบุผิวและอวัยวะสร้างเม็ดเลือด (ไขกระดูกแดง) แต่มีเซลล์ที่ยีนที่มีหน้าที่ในการสืบพันธุ์โดยการแบ่งตัวถูกปิดกั้น นอกจากเซลล์ประสาทแล้ว เซลล์เหล่านี้ยังรวมถึงเซลล์ของกล้ามเนื้อหัวใจด้วย คนเรามีวิธีรักษาปัญญาไว้จนแก่เฒ่าได้อย่างไร ถ้าเซลล์ประสาทตายแล้วไม่เกิดใหม่?

หนึ่งในคำอธิบายที่เป็นไปได้: ไม่ใช่ว่าเซลล์ประสาททั้งหมดจะ "ทำงาน" พร้อมกันในระบบประสาท แต่มีเพียง 10% ของเซลล์ประสาทเท่านั้น ข้อเท็จจริงนี้มักถูกอ้างถึงในวรรณกรรมที่เป็นที่นิยมและแม้กระทั่งทางวิทยาศาสตร์ ฉันต้องหารือเกี่ยวกับคำกล่าวนี้กับเพื่อนร่วมงานในและต่างประเทศของฉันซ้ำแล้วซ้ำเล่า และไม่มีใครเข้าใจว่าตัวเลขนี้มาจากไหน เซลล์ใด ๆ มีชีวิตและ "ทำงาน" ในเวลาเดียวกัน ในแต่ละเซลล์ประสาท กระบวนการเมตาบอลิซึมเกิดขึ้นตลอดเวลา โปรตีนถูกสังเคราะห์ แรงกระตุ้นของเส้นประสาทถูกสร้างขึ้นและส่งผ่าน ดังนั้นเมื่อออกจากสมมติฐานของเซลล์ประสาท "พัก" ให้เราหันมาใช้คุณสมบัติอย่างหนึ่งของระบบประสาท กล่าวคือ เป็นพลาสติกที่มีลักษณะพิเศษ

ความหมายของความเป็นพลาสติกคือหน้าที่ของเซลล์ประสาทที่ตายแล้วถูกยึดครองโดย "เพื่อนร่วมงาน" ที่รอดตาย ซึ่งจะเพิ่มขนาดและสร้างการเชื่อมต่อใหม่ เพื่อชดเชยการทำงานที่สูญเสียไป ประสิทธิภาพที่สูงแต่ไม่สิ้นสุดของการชดเชยดังกล่าวสามารถแสดงให้เห็นได้จากตัวอย่างของโรคพาร์กินสัน ซึ่งมีการตายอย่างค่อยเป็นค่อยไปของเซลล์ประสาท ปรากฎว่าจนกระทั่งประมาณ 90% ของเซลล์ประสาทในสมองตายอาการทางคลินิกของโรค (ตัวสั่นของแขนขา, ข้อ จำกัด ของการเคลื่อนไหว, การเดินที่ไม่มั่นคง, ภาวะสมองเสื่อม) ไม่ปรากฏขึ้นนั่นคือบุคคลนั้นดูมีสุขภาพดี ซึ่งหมายความว่าเซลล์ประสาทที่มีชีวิตหนึ่งเซลล์สามารถแทนที่เซลล์ที่ตายแล้วเก้าเซลล์

แต่ความยืดหยุ่นของระบบประสาทไม่ได้เป็นเพียงกลไกเดียวที่ช่วยรักษาสติปัญญาให้อยู่ในวัยชรา ธรรมชาติก็มีทางเลือกเช่นกัน - การเกิดขึ้นของเซลล์ประสาทใหม่ในสมองของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมที่โตเต็มวัยหรือการสร้างเซลล์ประสาท

รายงานฉบับแรกเกี่ยวกับการสร้างเซลล์ประสาทปรากฏในปี 2505 ในวารสารทางวิทยาศาสตร์อันทรงเกียรติ Science บทความนี้มีชื่อว่า "เซลล์ประสาทใหม่ก่อตัวขึ้นในสมองของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมที่โตเต็มวัยหรือไม่" ศาสตราจารย์โจเซฟ อัลท์แมนจากมหาวิทยาลัยเพอร์ดู (สหรัฐอเมริกา) ผู้เขียนหนังสือชุดนี้ด้วยความช่วยเหลือของกระแสไฟฟ้า ได้ทำลายโครงสร้างสมองส่วนใดส่วนหนึ่งของสมองของหนู (ร่างกายที่เกี่ยวกับพันธุกรรม) และฉีดสารกัมมันตภาพรังสีเข้าไปที่เซลล์ที่เกิดใหม่ ไม่กี่เดือนต่อมา นักวิทยาศาสตร์ได้ค้นพบเซลล์ประสาทกัมมันตภาพรังสีใหม่ในฐานดอก (ส่วนหนึ่งของสมองส่วนหน้า) และเปลือกสมอง ในอีกเจ็ดปีข้างหน้า Altman ได้ตีพิมพ์ผลการศึกษาอีกหลายชิ้นที่พิสูจน์การมีอยู่ของ neurogenesis ในสมองของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมที่โตเต็มวัย อย่างไรก็ตามในปี 1960 งานของเขาทำให้เกิดความสงสัยในหมู่นักประสาทวิทยาเท่านั้นการพัฒนาของพวกเขาไม่ได้ติดตาม

และเพียงยี่สิบปีต่อมา neurogenesis ก็ถูก "ค้นพบใหม่" แต่อยู่ในสมองของนกแล้วนักวิจัยด้านนกขับขานหลายคนสังเกตว่าในช่วงฤดูผสมพันธุ์แต่ละฤดู นกขมิ้น Serinus canaria เพศผู้จะร้องเพลงด้วย "เข่า" ใหม่ ยิ่งกว่านั้น เขาไม่รับเอาเพลงใหม่จากเพื่อนๆ ของเขามาใช้ เนื่องจากเพลงได้รับการอัปเดตแม้จะแยกกันอยู่ นักวิทยาศาสตร์เริ่มศึกษารายละเอียดเกี่ยวกับศูนย์กลางเสียงหลักของนก ซึ่งอยู่ในส่วนพิเศษของสมอง และพบว่าเมื่อสิ้นสุดฤดูผสมพันธุ์ (ในนกคีรีบูนจะเกิดในเดือนสิงหาคมและมกราคม) ซึ่งเป็นส่วนสำคัญของเซลล์ประสาทของ ศูนย์เสียงเสียชีวิตอาจเป็นเพราะภาระหน้าที่มากเกินไป … ในช่วงกลางทศวรรษ 1980 ศาสตราจารย์เฟอร์นันโด นอตเตบูมจากมหาวิทยาลัยร็อคกี้เฟลเลอร์ (สหรัฐอเมริกา) สามารถแสดงให้เห็นว่าในนกคีรีบูนเพศผู้ที่โตเต็มวัย กระบวนการสร้างเซลล์ประสาทเกิดขึ้นในศูนย์เสียงอย่างต่อเนื่อง แต่จำนวนเซลล์ประสาทที่เกิดขึ้นนั้นขึ้นอยู่กับความผันผวนตามฤดูกาล จุดสูงสุดของการสร้างเซลล์ประสาทในนกคีรีบูนเกิดขึ้นในเดือนตุลาคมและมีนาคม นั่นคือสองเดือนหลังจากฤดูผสมพันธุ์ นั่นคือเหตุผลที่ "คลังเพลง" ของเพลงนกขมิ้นชายได้รับการปรับปรุงอย่างสม่ำเสมอ

ในช่วงปลายทศวรรษ 1980 มีการค้นพบ neurogenesis ในสัตว์ครึ่งบกครึ่งน้ำที่โตเต็มวัยในห้องปฏิบัติการของศาสตราจารย์ A. L. Polenov นักวิทยาศาสตร์เลนินกราด

เซลล์ประสาทใหม่มาจากไหนถ้าเซลล์ประสาทไม่แบ่งตัว? แหล่งที่มาของเซลล์ประสาทใหม่ในนกและสัตว์ครึ่งบกครึ่งน้ำกลายเป็นเซลล์ต้นกำเนิดจากเซลล์ประสาทจากผนังโพรงสมอง ในระหว่างการพัฒนาของตัวอ่อน เซลล์ของระบบประสาทจะเกิดขึ้นจากเซลล์เหล่านี้: เซลล์ประสาทและเซลล์เกลีย แต่ไม่ใช่ว่าสเต็มเซลล์ทั้งหมดจะกลายเป็นเซลล์ของระบบประสาท - บางเซลล์ "ซ่อน" และรออยู่ในปีก

มีการแสดงให้เห็นว่าเซลล์ประสาทใหม่เกิดขึ้นจากเซลล์ต้นกำเนิดของสิ่งมีชีวิตที่โตเต็มวัยและในสัตว์มีกระดูกสันหลังส่วนล่าง อย่างไรก็ตาม ต้องใช้เวลาเกือบสิบห้าปีในการพิสูจน์ว่ามีกระบวนการที่คล้ายกันเกิดขึ้นในระบบประสาทของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม

ความก้าวหน้าทางประสาทวิทยาในช่วงต้นทศวรรษ 1990 นำไปสู่การค้นพบเซลล์ประสาท "แรกเกิด" ในสมองของหนูและหนูที่โตเต็มวัย พวกมันถูกพบส่วนใหญ่อยู่ในส่วนโบราณของวิวัฒนาการของสมอง: หลอดไฟรับกลิ่นและเยื่อหุ้มสมองส่วนฮิปโปแคมปัสซึ่งส่วนใหญ่รับผิดชอบต่อพฤติกรรมทางอารมณ์ การตอบสนองต่อความเครียด และการควบคุมการทำงานทางเพศของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม

เช่นเดียวกับในนกและสัตว์มีกระดูกสันหลังตอนล่าง ในสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม เซลล์ต้นกำเนิดจากเซลล์ประสาทตั้งอยู่ใกล้กับโพรงด้านข้างของสมอง การเปลี่ยนแปลงของพวกมันเป็นเซลล์ประสาทนั้นเข้มข้นมาก ในหนูที่โตเต็มวัย เซลล์ประสาทประมาณ 250,000 เซลล์ถูกสร้างขึ้นจากสเต็มเซลล์ต่อเดือน แทนที่ 3% ของเซลล์ประสาททั้งหมดในฮิบโปแคมปัส อายุขัยของเซลล์ประสาทดังกล่าวสูงมาก - มากถึง 112 วัน เซลล์ต้นกำเนิดจากเซลล์ประสาทเดินทางได้ไกล (ประมาณ 2 ซม.) พวกมันยังสามารถย้ายไปที่หลอดดมกลิ่นและเปลี่ยนเป็นเซลล์ประสาทที่นั่นได้

หลอดดมกลิ่นของสมองของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมมีหน้าที่ในการรับรู้และการประมวลผลเบื้องต้นของกลิ่นต่างๆ รวมถึงการจดจำฟีโรโมน - สารที่อยู่ในองค์ประกอบทางเคมีของพวกมันนั้นใกล้เคียงกับฮอร์โมนเพศ พฤติกรรมทางเพศในหนูส่วนใหญ่ควบคุมโดยการผลิตฟีโรโมน ฮิปโปแคมปัสตั้งอยู่ใต้ซีกโลก หน้าที่ของโครงสร้างที่ซับซ้อนนี้เกี่ยวข้องกับการก่อตัวของความจำระยะสั้น การรับรู้อารมณ์บางอย่างและการมีส่วนร่วมในการก่อตัวของพฤติกรรมทางเพศ การปรากฏตัวของ neurogenesis คงที่ในหลอดดมกลิ่นและฮิปโปแคมปัสในหนูถูกอธิบายโดยข้อเท็จจริงที่ว่าในหนูโครงสร้างเหล่านี้รับภาระหน้าที่หลัก ดังนั้นเซลล์ประสาทในเซลล์จึงมักตายซึ่งหมายความว่าจำเป็นต้องสร้างใหม่

เพื่อทำความเข้าใจว่าสภาวะใดที่มีอิทธิพลต่อการสร้างเซลล์ประสาทในสมองส่วนฮิปโปแคมปัสและหลอดดมกลิ่น ศาสตราจารย์เกจจากมหาวิทยาลัย Salk (สหรัฐอเมริกา) ได้สร้างเมืองขนาดย่อ หนูเล่นที่นั่น พลศึกษา มองหาทางออกจากเขาวงกตปรากฎว่าในหนู "ในเมือง" เซลล์ประสาทใหม่เกิดขึ้นในจำนวนที่มากกว่าในญาติที่ไม่โต้ตอบซึ่งติดหล่มอยู่ในชีวิตประจำวันในสวนสัตว์

เซลล์ต้นกำเนิดสามารถลบออกจากสมองและปลูกถ่ายไปยังส่วนอื่นของระบบประสาทซึ่งจะกลายเป็นเซลล์ประสาท ศาสตราจารย์เกจและเพื่อนร่วมงานของเขาได้ทำการทดลองที่คล้ายกันหลายครั้ง ซึ่งน่าประทับใจมากที่สุดมีดังต่อไปนี้ เนื้อเยื่อสมองส่วนหนึ่งที่มีเซลล์ต้นกำเนิดถูกปลูกถ่ายลงในเรตินาที่ถูกทำลายของตาหนู (ผนังด้านในที่ไวต่อแสงของดวงตามีต้นกำเนิดจาก "เส้นประสาท" ประกอบด้วยเซลล์ประสาทที่ถูกดัดแปลง - แท่งและโคน เมื่อชั้นที่ไวต่อแสงถูกทำลาย ตาบอดก็เข้ามา) เซลล์ต้นกำเนิดจากสมองที่ปลูกถ่ายจะเปลี่ยนเป็นเซลล์ประสาทเรตินอล, กระบวนการของพวกมันไปถึงเส้นประสาทตา และหนูก็มองเห็นได้อีกครั้ง! ยิ่งกว่านั้น เมื่อย้ายเซลล์ต้นกำเนิดจากสมองไปไว้ในตาที่ไม่บุบสลาย ไม่มีการเปลี่ยนแปลงเกิดขึ้นกับพวกมัน อาจเป็นไปได้ว่าเมื่อเรตินาเสียหายจะมีการผลิตสารบางชนิด (เช่นปัจจัยการเจริญเติบโตที่เรียกว่า) ที่กระตุ้นการสร้างเซลล์ประสาท อย่างไรก็ตาม กลไกที่แน่นอนของปรากฏการณ์นี้ยังไม่ชัดเจน

นักวิทยาศาสตร์ต้องเผชิญกับภารกิจในการแสดงให้เห็นว่าการสร้างระบบประสาทเกิดขึ้นไม่เพียงแต่ในหนูเท่านั้น แต่ยังรวมถึงในมนุษย์ด้วย ด้วยเหตุนี้ นักวิจัยภายใต้การแนะนำของศาสตราจารย์เกจจึงได้ทำงานที่น่าตื่นเต้น ในคลินิกเนื้องอกวิทยาแห่งหนึ่งในอเมริกา กลุ่มผู้ป่วยที่มีเนื้องอกมะเร็งที่รักษาไม่หายได้ใช้ยาเคมีบำบัดโบรโมไดออกซียูริดีน สารนี้มีคุณสมบัติที่สำคัญ - ความสามารถในการสะสมในเซลล์แบ่งของอวัยวะและเนื้อเยื่อต่างๆ โบรโมไดออกซียูริดีนรวมอยู่ใน DNA ของเซลล์แม่และเก็บไว้ในเซลล์ลูกสาวหลังจากที่เซลล์ของแม่แบ่งตัว การวิจัยทางพยาธิวิทยาแสดงให้เห็นว่าเซลล์ประสาทที่มีโบรโมไดออกซียูริดีนพบได้ในเกือบทุกส่วนของสมอง รวมถึงเยื่อหุ้มสมองด้วย เซลล์ประสาทเหล่านี้เป็นเซลล์ใหม่ที่เกิดจากการแบ่งเซลล์ต้นกำเนิด การค้นพบนี้ยืนยันอย่างไม่มีเงื่อนไขว่ากระบวนการสร้างเซลล์ประสาทยังเกิดขึ้นในผู้ใหญ่อีกด้วย แต่ถ้าในสัตว์ฟันแทะ neurogenesis เกิดขึ้นเฉพาะในฮิปโปแคมปัส ในมนุษย์ก็มีแนวโน้มที่มันสามารถจับบริเวณที่กว้างขวางของสมอง รวมทั้งเปลือกสมองด้วย การศึกษาเมื่อเร็ว ๆ นี้แสดงให้เห็นว่าเซลล์ประสาทใหม่ในสมองของผู้ใหญ่สามารถเกิดขึ้นได้ไม่เพียงแค่จากเซลล์ต้นกำเนิดจากเซลล์ประสาทเท่านั้น แต่จากเซลล์ต้นกำเนิดจากเลือดด้วย การค้นพบปรากฏการณ์นี้ทำให้เกิดความอิ่มเอมใจในโลกแห่งวิทยาศาสตร์ อย่างไรก็ตาม การตีพิมพ์ในวารสาร Nature ในเดือนตุลาคม พ.ศ. 2546 ได้ทำให้จิตใจที่กระตือรือร้นเย็นลงในหลาย ๆ ด้าน ปรากฎว่าเซลล์ต้นกำเนิดจากเลือดสามารถแทรกซึมเข้าไปในสมองได้จริง แต่พวกมันไม่เปลี่ยนเป็นเซลล์ประสาท แต่รวมเข้ากับพวกมัน ทำให้เกิดเซลล์สองนิวเคลียร์ จากนั้นนิวเคลียส "เก่า" ของเซลล์ประสาทจะถูกทำลาย และมันถูกแทนที่ด้วยนิวเคลียส "ใหม่" ของเซลล์ต้นกำเนิดเลือด ในร่างกายของหนู สเต็มเซลล์จากเลือดส่วนใหญ่ผสานกับเซลล์ยักษ์ของสมองน้อย - เซลล์ Purkinje แม้ว่าสิ่งนี้จะเกิดขึ้นค่อนข้างน้อย: มีเซลล์ที่ผสานกันเพียงไม่กี่เซลล์เท่านั้นที่สามารถพบได้ในสมองน้อยทั้งหมด การรวมตัวของเซลล์ประสาทที่รุนแรงขึ้นเกิดขึ้นในตับและกล้ามเนื้อหัวใจ ยังไม่ชัดเจนว่าความหมายทางสรีรวิทยาในเรื่องนี้คืออะไร หนึ่งในสมมติฐานคือสเต็มเซลล์ในเลือดมีสารพันธุกรรมใหม่เข้ามาด้วย ซึ่งการเข้าสู่เซลล์สมองน้อย "เก่า" จะช่วยยืดอายุของมัน

ดังนั้นเซลล์ประสาทใหม่สามารถเกิดขึ้นได้จากสเต็มเซลล์แม้ในสมองของผู้ใหญ่ ปรากฏการณ์นี้ใช้กันอย่างแพร่หลายในการรักษาโรคทางระบบประสาทต่างๆ (โรคที่มาพร้อมกับการตายของเซลล์ประสาทในสมอง) การเตรียมเซลล์ต้นกำเนิดสำหรับการปลูกถ่ายสามารถทำได้สองวิธีอย่างแรกคือการใช้เซลล์ต้นกำเนิดจากเซลล์ประสาท ซึ่งทั้งในตัวอ่อนและตัวเต็มวัยจะตั้งอยู่รอบโพรงสมอง วิธีที่สองคือการใช้เซลล์ต้นกำเนิดจากตัวอ่อน เซลล์เหล่านี้อยู่ในมวลเซลล์ชั้นในในระยะแรกของการก่อตัวของตัวอ่อน พวกมันสามารถแปลงร่างเป็นเซลล์เกือบทุกชนิดในร่างกาย ความท้าทายที่ยิ่งใหญ่ที่สุดในการทำงานกับเซลล์ตัวอ่อนคือการทำให้พวกเขากลายเป็นเซลล์ประสาท เทคโนโลยีใหม่ทำให้สามารถทำได้

โรงพยาบาลบางแห่งในสหรัฐอเมริกาได้สร้าง "ห้องสมุด" ของเซลล์ต้นกำเนิดจากเซลล์ประสาทที่ได้จากเนื้อเยื่อของตัวอ่อน และกำลังได้รับการปลูกถ่ายในผู้ป่วย ความพยายามครั้งแรกในการปลูกถ่ายให้ผลลัพธ์ที่เป็นบวก แม้ว่าในปัจจุบันนี้แพทย์ไม่สามารถแก้ปัญหาหลักของการปลูกถ่ายดังกล่าวได้: การเพิ่มจำนวนของเซลล์ต้นกำเนิดใน 30-40% ทำให้เกิดเนื้องอกที่ร้ายแรง ยังไม่พบวิธีการป้องกันผลข้างเคียงนี้ แต่ถึงกระนั้น การปลูกถ่ายสเต็มเซลล์อย่างไม่ต้องสงสัยจะเป็นหนึ่งในแนวทางหลักในการรักษาโรคเกี่ยวกับระบบประสาท เช่น อัลไซเมอร์และพาร์กินสัน ซึ่งได้กลายเป็นหายนะของประเทศพัฒนาแล้ว