Zenuwcellen worden hersteld

2024 Auteur: Seth Attwood | [email protected]. Laatst gewijzigd: 2023-12-16 16:13

De populaire uitdrukking "zenuwcellen herstellen niet" wordt door iedereen van kinds af aan gezien als een onveranderlijke waarheid. Dit axioma is echter niets meer dan een mythe, en nieuwe wetenschappelijke gegevens weerleggen het.

De natuur legt in de zich ontwikkelende hersenen een zeer hoge veiligheidsmarge: tijdens de embryogenese wordt een grote overmaat aan neuronen gevormd. Bijna 70% van hen sterft voor de geboorte van een kind. Het menselijk brein blijft neuronen verliezen na de geboorte, gedurende het hele leven. Deze celdood is genetisch geprogrammeerd. Natuurlijk sterven niet alleen neuronen, maar ook andere cellen van het lichaam. Alleen alle andere weefsels hebben een hoog regeneratief vermogen, dat wil zeggen dat hun cellen zich delen en de doden vervangen.

Het regeneratieproces is het meest actief in de cellen van het epitheel en de hematopoëtische organen (rood beenmerg). Maar er zijn cellen waarin de genen die verantwoordelijk zijn voor reproductie door deling geblokkeerd zijn. Naast neuronen omvatten deze cellen de cellen van de hartspier. Hoe slagen mensen erin om intelligentie tot op hoge leeftijd te behouden, als zenuwcellen afsterven en niet vernieuwd worden?

Een van de mogelijke verklaringen: niet alle neuronen "werken" tegelijkertijd in het zenuwstelsel, maar slechts 10% van de neuronen. Dit feit wordt vaak aangehaald in populaire en zelfs wetenschappelijke literatuur. Ik heb deze stelling herhaaldelijk moeten bespreken met mijn binnen- en buitenlandse collega's. En geen van hen begrijpt waar dit cijfer vandaan komt. Elke cel leeft en "werkt" tegelijkertijd. In elk neuron vinden voortdurend metabolische processen plaats, eiwitten worden gesynthetiseerd, zenuwimpulsen worden gegenereerd en overgedragen. Laten we daarom de hypothese van "rustende" neuronen verlaten en ons wenden tot een van de eigenschappen van het zenuwstelsel, namelijk tot zijn uitzonderlijke plasticiteit.

De betekenis van plasticiteit is dat de functies van dode zenuwcellen worden overgenomen door hun overlevende "collega's", die groter worden en nieuwe verbindingen vormen, ter compensatie van de verloren functies. De hoge, maar niet oneindige efficiëntie van een dergelijke compensatie kan worden geïllustreerd door het voorbeeld van de ziekte van Parkinson, waarbij sprake is van een geleidelijke dood van neuronen. Het blijkt dat tot ongeveer 90% van de neuronen in de hersenen afsterven, de klinische symptomen van de ziekte (trillen van de ledematen, beperking van mobiliteit, onvaste gang, dementie) niet verschijnen, dat wil zeggen dat de persoon er praktisch gezond uitziet. Dit betekent dat één levende zenuwcel negen doden kan vervangen.

Maar de plasticiteit van het zenuwstelsel is niet het enige mechanisme dat het behoud van intelligentie tot op hoge leeftijd mogelijk maakt. De natuur heeft ook een terugval - de opkomst van nieuwe zenuwcellen in de hersenen van volwassen zoogdieren, of neurogenese.

Het eerste rapport over neurogenese verscheen in 1962 in het prestigieuze wetenschappelijke tijdschrift Science. Het artikel was getiteld "Zijn er nieuwe neuronen gevormd in de hersenen van volwassen zoogdieren?" De auteur, professor Joseph Altman van de Purdue University (VS), vernietigde met behulp van een elektrische stroom een van de structuren van de hersenen van de rat (het laterale geniculate lichaam) en injecteerde daar een radioactieve stof die de nieuw opkomende cellen binnendringt. Een paar maanden later ontdekte de wetenschapper nieuwe radioactieve neuronen in de thalamus (een deel van de voorhersenen) en de hersenschors. In de komende zeven jaar publiceerde Altman nog een aantal onderzoeken die het bestaan van neurogenese in de hersenen van volwassen zoogdieren aantoonden. Toen, in de jaren zestig, veroorzaakte zijn werk echter alleen scepsis bij neurowetenschappers, hun ontwikkeling volgde niet.

En pas twintig jaar later werd neurogenese "herontdekt", maar dan al in de hersenen van vogels. Veel zangvogelonderzoekers hebben gemerkt dat tijdens elk paarseizoen de mannelijke kanarie Serinus canaria een lied zingt met nieuwe "knieën". Bovendien neemt hij geen nieuwe trillers over van zijn kameraden, aangezien de nummers zelfs afzonderlijk werden bijgewerkt. Wetenschappers begonnen in detail het belangrijkste vocale centrum van vogels te bestuderen, gelegen in een speciaal deel van de hersenen, en ontdekten dat aan het einde van het paarseizoen (bij kanaries vindt het plaats in augustus en januari), een aanzienlijk deel van de neuronen van het vocale centrum stierf, waarschijnlijk als gevolg van overmatige functionele belasting … Halverwege de jaren tachtig kon professor Fernando Notteboom van de Rockefeller University (VS) aantonen dat bij volwassen mannelijke kanaries het proces van neurogenese constant plaatsvindt in het vocale centrum, maar dat het aantal gevormde neuronen onderhevig is aan seizoensfluctuaties. De piek van neurogenese bij kanaries vindt plaats in oktober en maart, dat wil zeggen twee maanden na de paarseizoenen. Daarom wordt de "muziekbibliotheek" van de mannelijke kanarieliedjes regelmatig bijgewerkt.

Eind jaren tachtig werd neurogenese ook ontdekt bij volwassen amfibieën in het laboratorium van de Leningrad-wetenschapper professor A. L. Polenov.

Waar komen nieuwe neuronen vandaan als zenuwcellen niet delen? De bron van nieuwe neuronen bij zowel vogels als amfibieën bleken neuronale stamcellen uit de wand van de ventrikels van de hersenen te zijn. Tijdens de ontwikkeling van het embryo worden uit deze cellen de cellen van het zenuwstelsel gevormd: neuronen en gliacellen. Maar niet alle stamcellen veranderen in cellen van het zenuwstelsel - sommige "verstoppen" en wachten in de coulissen.

Het is aangetoond dat nieuwe neuronen ontstaan uit stamcellen van het volwassen organisme en bij lagere gewervelde dieren. Het duurde echter bijna vijftien jaar om te bewijzen dat een soortgelijk proces plaatsvindt in het zenuwstelsel van zoogdieren.

Vooruitgang in de neurowetenschap in de vroege jaren 1990 leidde tot de ontdekking van "pasgeboren" neuronen in de hersenen van volwassen ratten en muizen. Ze werden vooral aangetroffen in de evolutionair oude delen van de hersenen: de bulbus olfactorius en de hippocampale cortex, die voornamelijk verantwoordelijk zijn voor emotioneel gedrag, stressreacties en regulering van de seksuele functies van zoogdieren.

Net als bij vogels en lagere gewervelde dieren, bevinden neuronale stamcellen zich bij zoogdieren nabij de laterale ventrikels van de hersenen. Hun transformatie in neuronen is zeer intensief. Bij volwassen ratten worden ongeveer 250.000 neuronen per maand gevormd uit stamcellen, ter vervanging van 3% van alle neuronen in de hippocampus. De levensduur van dergelijke neuronen is erg hoog - tot 112 dagen. Neuronale stamcellen leggen een lange weg af (ongeveer 2 cm). Ze kunnen ook naar de bulbus olfactorius migreren en daar in neuronen veranderen.

De olfactorische bollen van de hersenen van zoogdieren zijn verantwoordelijk voor de waarneming en primaire verwerking van verschillende geuren, waaronder de herkenning van feromonen - stoffen die qua chemische samenstelling dicht bij geslachtshormonen liggen. Seksueel gedrag bij knaagdieren wordt voornamelijk gereguleerd door de productie van feromonen. De hippocampus bevindt zich onder de hersenhelften. De functies van deze complexe structuur worden geassocieerd met de vorming van kortetermijngeheugen, de realisatie van bepaalde emoties en deelname aan de vorming van seksueel gedrag. De aanwezigheid van constante neurogenese in de bulbus olfactorius en hippocampus bij ratten wordt verklaard door het feit dat bij knaagdieren deze structuren de belangrijkste functionele belasting dragen. Daarom sterven de zenuwcellen daarin vaak af, wat betekent dat ze vernieuwd moeten worden.

Om te begrijpen welke omstandigheden de neurogenese in de hippocampus en de bulbus olfactorius beïnvloeden, bouwde professor Gage van de Salk University (VS) een miniatuurstad. De muizen speelden daar, deden lichamelijke opvoeding, zochten naar uitgangen uit de labyrinten. Het bleek dat in "stedelijke" muizen nieuwe neuronen ontstonden in een veel groter aantal dan in hun passieve verwanten, verstrikt in een routinematig leven in een vivarium.

Stamcellen kunnen uit de hersenen worden verwijderd en in een ander deel van het zenuwstelsel worden getransplanteerd, waar ze neuronen worden. Professor Gage en zijn collega's voerden verschillende soortgelijke experimenten uit, waarvan de meest indrukwekkende de volgende was. Een deel van hersenweefsel met stamcellen werd getransplanteerd in het vernietigde netvlies van een rattenoog. (De lichtgevoelige binnenwand van het oog heeft een "zenuwachtige" oorsprong: het bestaat uit gemodificeerde neuronen - staafjes en kegeltjes. Wanneer de lichtgevoelige laag wordt vernietigd, treedt blindheid in.) De getransplanteerde hersenstamcellen veranderden in retinale neuronen, hun processen bereikten de oogzenuw en de rat kreeg zijn zicht terug! Bovendien vonden er bij het transplanteren van hersenstamcellen in een intact oog geen transformaties plaats. Waarschijnlijk worden bij beschadiging van het netvlies bepaalde stoffen aangemaakt (bijvoorbeeld de zogenaamde groeifactoren) die neurogenese stimuleren. Het exacte mechanisme van dit fenomeen is echter nog steeds niet duidelijk.

Wetenschappers stonden voor de taak om aan te tonen dat neurogenese niet alleen bij knaagdieren voorkomt, maar ook bij mensen. Hiervoor hebben onderzoekers onder leiding van professor Gage onlangs opzienbarend werk verricht. In een van de Amerikaanse oncologische klinieken nam een groep patiënten met ongeneeslijke kwaadaardige neoplasmata het chemotherapeutische medicijn bromodioxyuridine. Deze stof heeft een belangrijke eigenschap: het vermogen om zich op te hopen in de delende cellen van verschillende organen en weefsels. Bromodioxyuridine wordt opgenomen in het DNA van de moedercel en wordt opgeslagen in dochtercellen nadat de moedercellen zich delen. Pathologisch onderzoek heeft aangetoond dat neuronen met broomdioxyuridine in bijna alle delen van de hersenen worden aangetroffen, inclusief de hersenschors. Dus deze neuronen waren nieuwe cellen die voortkwamen uit stamceldeling. De vondst bevestigde onvoorwaardelijk dat het proces van neurogenese ook bij volwassenen voorkomt. Maar als neurogenese bij knaagdieren alleen in de hippocampus voorkomt, dan is het waarschijnlijk dat het bij mensen grotere delen van de hersenen kan veroveren, inclusief de hersenschors. Recente studies hebben aangetoond dat nieuwe neuronen in de volwassen hersenen niet alleen kunnen worden gevormd uit neuronale stamcellen, maar ook uit bloedstamcellen. De ontdekking van dit fenomeen heeft geleid tot euforie in de wetenschappelijke wereld. De publicatie in het tijdschrift "Nature" in oktober 2003 koelde enthousiaste geesten echter in veel opzichten af. Het bleek dat bloedstamcellen inderdaad de hersenen binnendringen, maar ze veranderen niet in neuronen, maar versmelten ermee en vormen tweekernige cellen. Dan wordt de "oude" kern van het neuron vernietigd en vervangen door de "nieuwe" kern van de bloedstamcel. In het lichaam van de rat versmelten bloedstamcellen voornamelijk met de reuzencellen van het cerebellum - Purkinje-cellen, hoewel dit vrij zelden voorkomt: er zijn slechts enkele samengevoegde cellen in het hele cerebellum. Meer intense fusie van neuronen vindt plaats in de lever en de hartspier. Het is nog niet duidelijk wat de fysiologische betekenis hiervan is. Een van de hypothesen is dat bloedstamcellen nieuw genetisch materiaal met zich meedragen, dat, wanneer het de "oude" cerebellaire cel binnenkomt, zijn leven verlengt.

Dus zelfs in het volwassen brein kunnen nieuwe neuronen ontstaan uit stamcellen. Dit fenomeen wordt al veel gebruikt voor de behandeling van verschillende neurodegeneratieve ziekten (ziekten die gepaard gaan met het afsterven van neuronen in de hersenen). Stamcelpreparaten voor transplantatie worden op twee manieren verkregen. De eerste is het gebruik van neuronale stamcellen, die zich zowel bij het embryo als bij de volwassene rond de ventrikels van de hersenen bevinden. De tweede benadering is het gebruik van embryonale stamcellen. Deze cellen bevinden zich in een vroeg stadium van embryovorming in de binnenste celmassa. Ze kunnen in bijna elke cel in het lichaam veranderen. De grootste uitdaging bij het werken met embryonale cellen is ze te laten transformeren in neuronen. Nieuwe technologieën maken het mogelijk om dit te doen.

Sommige ziekenhuizen in de Verenigde Staten hebben al "bibliotheken" gevormd van neuronale stamcellen die zijn verkregen uit embryonaal weefsel en worden getransplanteerd in patiënten. De eerste pogingen tot transplantatie leveren positieve resultaten op, hoewel artsen tegenwoordig het belangrijkste probleem van dergelijke transplantaties niet kunnen oplossen: de ongebreidelde vermenigvuldiging van stamcellen leidt in 30-40% van de gevallen tot de vorming van kwaadaardige tumoren. Er is nog geen aanpak gevonden om deze bijwerking te voorkomen. Maar desondanks zal stamceltransplantatie ongetwijfeld een van de belangrijkste benaderingen zijn bij de behandeling van neurodegeneratieve ziekten zoals de ziekte van Alzheimer en Parkinson, die de plaag zijn geworden van ontwikkelde landen.