в какой области мозга происходит рождение новых нейронов во взрослом мозге
Нейрогенез: вырасти себе мозговые клетки!
Гиппокамп — одна из наиболее поразительных частей нашего мозга. Он важен не только для обучаемости, запоминания, эмоций, но и для образования новых нейронов. Этот процесс и называют нейрогенезом.
Ученые из института Каролины высчитали, что в этом отделе мозга ежедневно производится 700 новых нейроклеток. И к 50 годам у взрослого человека все данные от рождения нейроны целиком обновляются вновь созданными!
Почему они так важны? Потому что от них зависят продуктивность процесса обучения и запоминания. Если не дать мозгу создавать новые клетки в гиппокампе, то отдельно взятые свойства памяти блокируются. Особенно больно это «ударит» по распознаванию пространства — например, ориентации на местности.
Можно ли осуществлять управление нейрогенезом? Однозначно — да. Но важно знать, что стимулирует процесс, а что ему мешает.
Существует гипотеза, что действия, заставляющие кровь приливать к головному мозгу, положительно влияют на нейрогенез. Поэтому старайтесь вести в привычку занятия аэробными упражнениями (150 минут в неделю) — в спортзале или на улице. Подойдут также командные виды спорта (социальное взаимодействие и приятный эмоциональный фон тоже полезны для успешного нейрогенеза).
А вредная еда — это, в первую очередь, все жирное (насыщенные жиры) и алкоголь, содержащий этанол. Впрочем, имеются и встречные исследования о том, что резвератрол, входящий в химический состав красного вина, как раз помогает повысить выживаемость новых нейронов.
… Нейробиологам еще предстоит выяснить, каковы функции последних и как мы можем еще активнее улучшать нейрогенез. А нам всем остается почувствовать повышенную ответственность за этот важнейший процесс. И, конечно, заниматься саморазвитием и развитием скрытых резервов своего мозга.
Как это сделать, вы узнаете на интерактивной онлайн-лекции от экспертов Викиум — специалистов по нейропсихологии. Они не только поведают вам о новейших достижениях этой науки на благо человечества, но и проведут тестирование когнитивных функций мозга каждого (!) участника лекции.
В итоге вы получите персональный набор рекомендаций, упражнений и методик, которые помогут вашему мозгу пробудиться и «раскрутиться» на полную мощность. Удивительные изменения к лучшему во всех жизненных сферах не заставят себя ждать: вы на порядок улучшите память, личную продуктивность, эффективность обучения, быстроту мышления и многие другие когнитивные факторы!
PsyAndNeuro.ru
Нейрогенез и ростральный миграционный тракт
Нейрогенез – это процесс образования нейронов. Функционирует он примерно также, как и образование кровяных тел: есть пул клеток предшественников нейронов, происходит их пролиферация, далее происходит их развитие и дифференцировка, а кончается все это образованием нового нейрона, интегрированного в нейрональную сеть. Понятное дело, что этот процесс наиболее активен во время пренатального развития, но все же некоторая его активность наблюдается и у взрослых. В данной статье речь пойдет именно про нейрогенез у взрослых, эмбрионального же развития касаться в основном не будем.
Нейрогенез у взрослых организмов был обнаружен сравнительно недавно (только в последние десятилетия), в основном благодаря развитию иммуногистохимических методов и конфокальной микроскопии. Сначала выявили постнатальный нейрогенез у птиц, затем у млекопитающих и только потом уже у человека [1].
Методы исследования нейрогенеза
Иммуногистохимическое исследование – метод микроскопического исследования тканей, обеспечивающий наиболее специфическое выявление в них искомых веществ и основанный на обработке срезов маркированными специфическими антителами к выявляемому веществу, которое в данной ситуации служит антигеном. Метод бывает прямой и непрямой. Прямой основан на реакции специфического связывания марированных антител непосредственно с антигеном. При непрямом сначала с антигеном связываются антитела, а уже потом с антителами марикрованные антитела.
Конфокальная микроскопия – разновидность световой оптической микроскопии, обладающей значительным контрастом и пространственным разрешением по сравнению с классической световой микроскопией. По сути, такой эффект достигается за счет контролируемого ограничения глубины фокуса оптической системы (Схема 1).
Схема 1
Но что же все искали в клетках, участвующих в нейрогенезе? А искать нужно белок даблкортин (DCX). Этот белок ассоциирован с микротрубочками и экспрессируется практически всеми незрелыми нейронами. Нейрональные клетки-предшественники начинают производить DCX вскоре после входа в клеточный цикл с затуханием экспрессии через 2-3 недели, ко времени окончательного превращения в развитые нейроны.
Имеется также еще один способ изучения нейрогенеза. Заключается он в использовании бромдезоксиуридина (BrdU). Он является синтетическим нуклеозидом, аналогом тимидина, используемым для выявления пролиферирующих клеток в живых тканях, а также для изучения репликации ДНК. Бромдезоксиуридин способен заменять тимидин в процессе репликации ДНК, встраиваясь в новую ДНК. Иммуногистохимическое окрашивание с антителами к бромдезоксиуридину позволяют обнаружить включённый модифицированный нуклеозид, тем самым выявляя пролиферирующие клетки [2,3,4].
Но где же находятся эти пулы стволовых клеток? Есть два основных места: субгранулярная зона зубчатой извилины гиппокампа и субвентрикулярная зона.
Субгранулярная зона зубчатой извилины гиппокампа
Субгранулярная зона зубчатой извилины гиппокампа – область мозга, расположенная между слоем гранулярных клеток и хилусом зубчатой извилины гиппокампа. В субгранулярной зоне происходит постнатальный («взрослый») нейрогенез — образование новых нейронов из полипотентных клеток-предшественников [5].
Субвентрикулярная зона
Субвентрикулярная зона – это область первичной миграции нейро- и глиобластов из вентрикулярной герминативной зоны. Субвентрикулярная зона простирается вдоль большей части латерально расположенной внутренней поверхности боковых желудочков мозга. Наряду с субгранулярнойзонойзубчатой извилины гиппокампа, субвентрикулярная зона является источником новых нейронов на протяжении всей взрослой жизни организма (Рис. 1).
Рис. 1
Выделяется 4 типа клеток субвентрикулярной зоны:
1) Реснитчатые эпендимоциты типа E
2) Пролиферирующие нейробласты типа А
3) Медленно пролиферирующие клетки типа B
4)Активно пролиферирующие клетки типа С
Реснитчатые эпендимоциты типа Е обращены в полость желудочка и стимулируют циркуляцию цереброспинальной жидкости. Пролиферирующие нейробласты типа А объединяются в цепочки и мигрируют по направлению в обонятельной луковице. Медленно пролиферирующие клетки типа B образуют глиальные трубки, внутри которых происходит миграция нейробластов типа А. Активно пролифирующие клетки типа С образуют скопления между цепочками клеток А [6].
Ростральный миграционный тракт
Ростральный миграционный тракт – это путь по которому нейробласты мигрируют из субвентрикулярной зоны в обонятельную луковицу. Зарождение новых клеток в субвентрикулярной зоне и их миграция по ростральному миграционному потоку происходит на всем протяжении взрослой жизни организма. Группы нейробластов мигрируют цепочками, продвигаясь по глиальным трубкам, образованным астроцитарными клетками и их отростками.Лишь достигнув середины обонятельной луковицы, цепочки новорожденных нейронов распадаются и клетки начинают радиальную миграцию. Так они достигают верхних клеточных слоев, где происходит их окончательная дифференциация. Рассеивание цепочек нейробластов инициируется протеинами рилином и тенасцином, а сам процесс радиальной миграции зависит от наличия тенасцина-R. Большое количество новых нейронов отмирает вскоре после окончания миграции. В долгосрочной перспективе, около 50 % оставшихся клеток также отмирают, даже после успешного приживления в гранулярном и перигломерулярном слоях и установления связей с другими клетками [7].
Функциональное значение нейрогенеза – это все еще дискутабельный вопрос, вдруг он является просто сбоем механизма эмбрионального развития? Но все же считается (и волне обосновано), что нейрогенез способствует пластичности биологических нейронных сетей. Например, молодые гранулярные клетки в зубчатой извилине имеют более низкий порог долговременной потенциации, чем старые клетки [8].
Регуляция нейрогенеза
Но что же регулирует процесс нейрогенеза у взрослых? Почему у нас нет бесконечно делящихся нейронов и наш мозг не разрастается до того, что перекрывает все пути циркуляции ликвора? Факторы ответственные за этот процесс весьма многочислены, вот лишь некоторые из них: гормоны, факторы роста, различные нейротрансмиттеры, цитокины, электрофизиологическая активность. Ниже мы рассмотрим эти процессы чуть болеее подробно.
С помощью различных манипуляций с дофамином учёным удалось влиять на интенсивность нейрогенеза. Что касается участия серотонина в нейрогенезе взрослого мозга, установлено его потенцирующее влияние на образование и трансформацию нейробластов в субвентрикулярной зоне гиппокампа. Активация 5-НТ2С рецепторов в регионе сосудистого сплетения вдвое увеличивает пролиферацию прогениторов в субвентрикулярной зоне, тогда как блокада 5-НТ2А рецепторов ведет к аналогичному снижению числа пролиферирующих клеток в субгранулярной зоне гиппокампа. Более того, систематическое введение ингибиторов синтазы оксида азота увеличивает пролиферацию в субвентрикулярной зоне, но не в зубчатой извилине гиппокампа. ГАМК также усиливает нейрогенез, причём некоторые из его эффектов реализуются через белок CREB. Действие же глутама двояко (он может как снижать, так и повышать пролиферацию и дифференцировку) и зависит от рецептора, с которым он связывается. Наконец можно обрадовать и тех, кто ищет паралели с болезнью Альцгеймера – ацетилхолин. Нарушение холинэергической иннервации снижает число образующихся нейронов, а усиление – наоборот.
РАСАР (Pituitary Adenylate Cyclase Activating Polypeptide – «полипептид, активирующий аденилатциклазу гипофиза»). Данный пептид реализует свои эффекты через РАС1R рецептор. Стволовые клетки субвентрикулярной зоны при внесении агониста рецептора РАС1R пролиферировались in vitro, тогда как селективный антагонист РАСАР тормозил этот процесс.
Также не следует забывать о нейротрофинах. Нейротрофины – семейство крупных полипептидов, которые регулируют выживание, развитие и согласованную функцию нейронов. Секретируемые нейрональными и васкулярными клетками нейротрофины выполняют сигнальную миссию в большом спектре физиологических процессов. Эффекты нейротрофинов осуществляются при их взаимодействии с тирозинкиназными рецепторами. Принципиально и то, что после соединения рецептора с лигандом запускается каскад сигнальных реакций, специфичных для этого контакта. Нейротрофины активируют тирозинкиназные рецепторы семейства Trk – trk-A, trk-B, trk-C.
Поскольку нейральные стволовые клетки способны дифференцироваться в различные типы – нейроны, олигодендроциты и глиальные клетки, вектор их трансформации, по-видимому, определяется специфическими путями сигнального контроля. Регуляция таких каскадных реакций зависит от ростовых и нейротрофических факторов. Выделяют основные соединения, которые играют роль в трансформации НСК: (1) нейротрофический фактор мозга (BDNF); (2) тромбоцитарный и эпидермальный факторы роста (PDGF/EGF); (3) трансформирующий ростовой фактор (TGF-beta1) и костный морфогенный белок (BMP); (4) группа, включающая интерлейкин-6 (IL-6), ингибирующий фактор лейкемии (LIF), реснитчатый нейротрофический фактор (CNTF). Эти вещества рассматриваются как лиганды, которые после соединения с рецептором индуцируют специфические сигнальные процессы. В результате экспрессируется активность внутриклеточных мессенджеров и далее – селективная активация транскрипторных факторов, в соответствии с функциональным назначением сигнала.
Реализация любых эффектов нейротрофинов осуществляется при участии тирозинкиназных рецепторов с последующим включением трансдукторных реакций. Активация тирозинкиназных рецепторов стимулирует многовариантный каскад реакций, ведущих к образованию продуктов с последовательной экспрессией (фосфорилированием) новых белков. Результатом этих процессов оказывается рилизинг Са++ в цитоплазме нейрона, торможение апоптоза и стимулирование выживания клеток. Далее, результатом трансдукторных реакций является перенос сигнала в ядро нейрона и стимуляция транскрипторных процессов, реализуемых на уровне ДНК, осуществляющих синтез продуктов, необходимых для функции клеток.
Активация тирозинкиназных рецепторов ведет к инициации молекулярных сигналов, нацеленных на экспрессию генов, кодирующих соответствующие функциональные белки. Активация TrKs ведет к активации PLC-γ (фосфолипаза С-γ), PI3K (фосфатидилинозитол-3- киназа) и PIP2 (фосфатинозитол 3,5–бифосфат). Путь сигнальной регуляции, указанный в правой части рисунка, предусматривает после активации PLC-γ образование DAG (диацилглицерол) и IP3 (инозитолтрифосфат). Молекулы, рассматриваемые как вторичные посредники, стимулируют активность РКС-δ (протеинкиназа-δ) и увеличение внутриклеточного Са2+; эти процессы являются ключевыми в активации кальмодулина (СаМ), образования и дифференцировки нейронов. Еще один путь включает активацию молекул семейства Ras (небольшие G-белки гуанитидилтрифосфатазы), далее белки Raf-киназы, промотирующие, в свою очередь, фосфорилирование и активацию системы MAPK/ERK (MAPKs – митоген-активированные белки и ERK1/2 – внеклеточные сигнал-регулируемые киназы). Эти фосфорилированные белки транслоцируются далее в клеточное ядро, где они участвуют в активации транскрипторных факторов CREB, NF-kB, c-JIN (и др.), регулируя экспрессию генов, промотирующих формирование нейронов. Например, связывание нейротрофина NGF с рецептором TrKA в терминалях аксонов стимулирует рост последних как результат «прозванивания» цепочки ERK1/2- CREB. На культуре симпатических нейронов было установлено, что торможение сигнального пути Ras-PI3K-Akt снижает выживание трансформирующихся клеток после апоптоза. MAPK-ERK1/2 участвуют в нейрогенезе, контролируя селекцию клеток путем индукции генов выживания и торможением проапоптических белков. Ras также подавляет апоптоз через экспрессию PI3K-Akt, которые блокируют проапоптические белки.
Подготовил: Коровин А.С.
Источники:
1 – Ming G. L., Song H. (2011). «Adult neurogenesis in the mammalian brain: significant answers and significant questions.». Neuron 70 (4): 687—702. DOI:10.1016/j.neuron.2011.05.001.
2 – Wilson G. D. et al. Measurement of cell kinetics in human tumours in vivo using bromodeoxyuridine incorporation and flow cytometry //British journal of cancer. — 1988.
3 – Gratzner H. G. Monoclonal antibody to 5-bromo-and 5-iododeoxyuridine: a new reagent for detection of DNA replication //Science. — 1982
4 – Ikushima T., Wolff S. Sister chromatid exchanges induced by light flashes to 5-bromodeoxyuridine-and 5-iododeoxyuridine substituted Chinese hamster chromosomes //Experimental cell research.
5 – Oomen C. A., Girardi C. E., Cahyadi R., Verbeek E. C., Krugers H., Joëls M., Lucassen P. J. Opposite effects of early maternal deprivation on neurogenesis in male versus female rats. (англ.) // Public Library of Science ONE. — 2009. — Vol. 4, no. 1. — P. e3675. — DOI:10.1371/journal.pone.0003675.
6 – Abrous DN, Koehl M, Le Moal M. (2005) Adult neurogenesis: from precursors to network and physiology.
7 – Roy NS, Wang S, Jiang L, et al (March 2000).«[10.1038/73119 In vitro neurogenesis by progenitor cells isolated from the adult human hippocampus]». Nat. Med. 6 (3): 271–7. DOI:10.1038/73119.
8 – Lledo PM (2006). «Adult neurogenesis and functional plasticity in neuronal circuits.». NatRevNeurosci 7 (3): 179-93.
Производит ли взрослый мозг новые нейроны?
Еще одно поколение назад считалось, что, когда человек достигает зрелого возраста, мозг перестает производить новые нервные клетки. 20 лет назад ученые обнаружили признаки того, что взрослый мозг может восполнять запас нейронов. Последствия этого открытия были огромными: этот процесс мог бы помочь бороться с такими расстройствами, как депрессия и болезнь Альцгеймера.
В этом году, однако, появилось несколько противоречивых свидетельств, и снова разгорелись жаркие дебаты. Поэтому сегодня мы до сих пор не знаем, производит ли взрослый мозг новые нервные клетки.
7 марта в журнале Nature появился скандальный материал. Вопреки нескольким знаковым открытиям, которые убедили научное сообщество в том, что взрослый мозг может создавать новые нервные клетки, исследователи описали полное отсутствие деления нервных клеток или нейронов во взрослой ткани мозга после смерти. Месяц спустя другая исследовательская группа описала множество новых нейронов в посмертном мозге в статье от 5 апреля в Cell Stem Cell. В июле третья научная группа снова не нашла новых нейронов в мозге после смерти (статья в журнале Cerebral Cortex). Тогда еще больше нейробиологов вступили в борьбу с собственными комментариями и перспективными статьями.
Новые методы количественного определения активных генов в отдельных клетках могут в конечном итоге обеспечить более точный способ идентификации новых нейронов. Могут помочь другие экспериментальные методы, такие как выращенные в лаборатории органоиды мозга или сложные сканирования мозга. Если бы исследователи могли определить некие маркеры нейрогенеза, которые можно было бы обнаружить по анализу крови или спинномозговой жидкости, то этот процесс мог бы быть изучен на живых людях.
Между тем, некоторые исследователи забегают вперед и хотят выяснить, как можно использовать рост нейронов для улучшения здоровья. Уже нет сомнений в том, что взрослые мыши создают новые нейроны. 7 сентября в журнале Science ученые сообщили, что в сочетании с соединением под названием BDNF, стимулирующим нейрогенез у мышей с признаками болезни Альцгеймера, улучшаются их умственные способности.
Если люди, подобно мышам, могут после совершеннолетия производить новые нейроны, то, возможно, это поможет предотвратить болезнь Альцгеймера и другие нейродегенеративные заболевания. Но, как показали новости этого года, это большое «если».
В какой области мозга происходит рождение новых нейронов во взрослом мозге
Н а протяжении всей своей 100-летней истории нейрон аука придерживалась догмы: мозг взрослого человека не подвержен изменениям. Считалось, что человек может терять нервные клетки, но не обретать новые. Действительно, если бы мозг был способен к структурным изменениям, как бы сохранялась память?
Кожа, печень, сердце, почки, легкие и кровь могут образовывать новые клетки для замены поврежденных. Вплоть до недавнего времени специалисты считали, что такая способность к регенерации не распространяется на центральную нервную систему, состоящую из головного и спинного мозга.
Однако за последние пять лет нейробиологи открыли, что мозг все же меняется в течение жизни: происходит образование новых клеток, позволяющих справиться с возникающими трудностями. Такая пластичность помогает мозгу восстанавливаться после травмы или заболевания, увеличивая свои потенциал ьные возможности.
Нейробиологи на протяжении десятков лет ищут способы улучшить состояние мозга. Стратегия лечения основывалась на восполнении недостатка нейромедиаторов — химических веществ, передающих сообщения нервным клеткам ( нейрон ам). При болезни Паркинсона, например, мозг больного теряет способность вырабатывать нейромедиатор дофамин, поскольку производящие его клетки гибнут. Химический «родственник» дофамина, L-Допа, может временно облегчить состояние больного, но не излечить его. Для замены нейрон ов, погибающих при таких неврологических заболеваниях, как болезни Гентингтона и Паркинсона, и при травмах спинного мозга, нейробиологи пытаются имплантировать стволовые клетки, полученные из эмбрионов. В последнее время исследователи заинтересовались нейрон ами, полученными из эмбриональных стволовых клеток человека, которые при определенных условиях можно заставить образовывать в чашках Петри любые типы клеток человеческого организма.
Несмотря на то что у стволовых клеток много преимуществ, очевидно, следует развивать способности взрослой нервной системы к самовосстановлению. Для этого необходимо ввести вещества, стимулирующие мозг к образованию собственных клеток и восстановлению поврежденных нервных цепей.
Новорожденные нервные клетки
В 1960 — 70-х гг. исследователи пришли к выводу, что центральная нервная система млекопитающих способна к регенерации. Первые эксперименты показали, что основные ветви нейрон ов взрослого головного и спинного мозга — аксон ы могут восстанавливаться после повреждения. Вскоре было обнаружено рождение новых нейрон ов в мозге взрослых птиц, обезьян и людей, т.е. нейрогенез.
Возникает вопрос: если центральная нервная система может образовывать новые нейрон ы, способна ли она восстанавливаться в случае болезни или травмы? Для того чтобы ответить на него, необходимо понять, как происходит нейрогенез во взрослом мозге и каким образом можно его стимулировать.
Рождение новых клеток происходит постепенно. Так называемые мультипотентные стволовые клетки в мозге периодически начинают делиться, давая начало другим стволовым клеткам, которые могут вырасти в нейрон ы или опорные клетки, называемые глией. Но для созревания новорожденные клетки должны избегать влияния мультипотентных стволовых клеток, что удается лишь половине из них — остальные гибнут. Такое расточительство напоминает процесс, происходящий в организме до рождения и в раннем детстве, когда возникает больше нервных клеток, чем необходимо для образования мозга. Выживают только те из них, которые формируют действующие связи с другими.
Станет ли уцелевшая молодая клетка нейрон ом или глиальной клеткой, зависит от того, в каком участке мозга она окажется и какие процессы будут происходить в этот период. Новому нейрон у требуется более месяца, чтобы начать полноценно функционировать. посылать и принимать информацию. Таким образом. нейрогенез представляет собой не одномоментное событие. а процесс. который регулируется веществами. называемыми факторами роста. Например, фактор, названный «звуковой еж» (sonic hedgehog), обнаруженный впервые у насекомых, регулирует способность незрелых нейрон ов к пролиферации. Фактор notch и класс молекул. названных морфогенетическими протеинами кости, видимо, определяют, станет ли новая клетка глиальной или нервной. Как только это произойдет. другие факторы роста. такие как мозговой нейротрофический фактор (BDNF). нейротрофины и инсулинподобный фактор роста (IGF), начинают поддерживать жизнедеятельность клетки, стимулируя ее созревание.
Место действия
Новые нейрон ы возникают во взрослом мозге млекопитающих не случайно и. по всей видимости. образуются только в заполненных жидкостью пустотах в переднем мозге — в желудочках, а также в гиппокампе — структуре, спрятанной глубоко в мозге. имеющей форму морского конька. Нейробиологи доказали, что клетки, которым суждено стать нейрон ами. перемещаются из желудочков в обонятельные луковицы. которые получают информацию от клеток, расположенных в слизистой носа и чувствительных к запаху. Никто точно не знает, почему обонятельной луковице требуется столько новых нейрон ов. Легче предположить, зачем они нужны гиппокампу: поскольку эта структура важна для запоминания новой информации, дополнительные нейрон ы, вероятно. способствуют упрочению связей между нервными клетками, повышая способность мозга обрабатывать и хранить сведения.
Процессы нейрогенеза также обнаружены за пределами гиппокампа и обонятельной луковицы, например, в префронтальной коре — обители интеллекта и логики. а также в других областях взрослого головного и спинного мозга. Последнее время появляются все новые подробности о молекулярных механизмах, управляющих нейрогенезом, и о химических стимулах, регулирующих его. и мы вправе надеяться. что со временем можно будет искусственно стимулировать нейрогенез в любой части мозга. Зная, как факторы роста и локальное микроокружение управляют нейрогенезом, исследователи рассчитывают создать методы лечения, позволяющие восстановить больной или поврежденный мозг.
С помощью стимулирования нейрогенеза можно улучшить состояние пациента при некоторых неврологических заболеваниях. Например. причина инсульта — закупорка сосудов головного мозга, в результате чего из-за недостатка кислорода гибнут нейрон ы. После инсульта в гиппокампе начинает развиваться нейрогенез, стремящийся «вылечить» поврежденную ткань мозга с помощью новых нейрон ов. Большинство новорожденных клеток гибнет, однако некоторые успешно мигрируют к поврежденному участку и превращаются в полноценные нейрон ы. Несмотря на то что для компенсации повреждений при тяжелом инсульте этого недостаточно. нейрогенез может помочь мозгу после микроинсультов,которые часто проходят незамеченными. Сейчас нейробиологи пытаются применять васкуло-эпидермальный фактор роста (VEGF) и фактор роста фибробластов (FGF) для усиления естественного восстановления.
Оба вещества представляют собой крупные молекулы, которые с трудом преодолевают гематоэнцефалический барьер, т.е. сеть тесно переплетенных клеток, выстилающих кровеносные сосуды мозга. В 1999 г. биотехнологическая компания Wyeth-Ayerst Laboratories and Scios из Калифорнии приостановила клинические испытания FGF применяемого для лечения инсульта. поскольку его молекулы не попадали в мозг. Некоторые исследователи пытались решить эту задачу, соединяя молекулу FGF с другой, которая вводила клетку в заблуждение и заставляла ее захватывать весь комплекс молекул и переносить его в ткань мозга. Другие ученые методами генной инженерии создавали клетки, вырабатывающие FGF. и трансплантировали их в мозг. Пока подобные эксперименты проводились лишь на животных.
Стимулирование нейрогенеза может оказаться действенным при лечении депрессии. главной причиной которой (помимо генетической предрасположенности) считается хронический стресс. ограничивающий, как известно. количество нейрон ов в гиппокампе. Многие из выпускаемых лекарственных средств. показанных при депрессии. в том числе прозак. усиливают нейрогенез у животных. Интересно, что для снятия депрессивного синдрома с помощью этого препарата требуется один месяц — столько же. сколько и для осуществления нейрогенеза. Возможно. депрессия отчасти вызвана замедлением данного процесса в гиппокампе. Последние клинические исследования с применением методов визуализации нервной системы подтвердили. что у пациентов с хронической депрессией гиппокамп меньше, чем у здоровых людей. Длительное применение антидепрессантов. похоже. подстегивает нейрогенез: у грызунов. которым давали эти препараты на протяжении нескольких месяцев. в гиппокампе возникали новые нейрон ы.
Как мозг создает новые нейрон ы
Нейрональные стволовые клетки дают начало новым клеткам мозга. Они периодически делятся в двух основных областях: в желудочках (фиолетовый цвет), которые заполнены спинномозговой жидкостью, питающей центральную нервную систему, и в гиппокампе (голубой цвет) — структуре, необходимой для обучения и памяти. При пролиферации стволовых клеток (внизу) образуются новые ствоповые клетки и клетки-предшественники, которые могут превратиться либо в нейрон ы, либо в поддерживающие клетки, называемые глиальными (астроциты и дендроциты). Однако дифференцировка новорожденных нервных клеток может произойти только после того, как они уйдут прочь от своих предков (красные стрелки), что удается в среднем лишь половине из них, а остальные гибнут. Во взрослом мозге новые нейрон ы были обнаружены в гиппокампе и обонятельных луковицах, необходимых для восприятия запахов. Ученые надеются заставить взрослый мозг восстанавливаться, вызывая деление и развитие нейрон альных стволовых клеток или клеток-предшественников там и тогда, где и когда это необходимо.
Как мозг создает новые нейрон ы
Потенциальным средством для восстановления поврежденного мозга исследователи считают два типа стволовых клеток. Во-первых, нейрон альные стволовые клетки взрослого мозга: редкие первичные клетки, сохранившиеся от ранних стадий эмбрионального развития, обнаруженные как минимум в двух областях мозга. Они могут делиться на протяжении всей жизни, давая начало новым нейрон ам и поддерживающим клеткам, называемым глией. Ко второму типу относятся человеческие эмбриональные стволовые клетки, выделенные из зародышей на очень ранней стадии развития, когда весь эмбрион состоит примерно из ста клеток. Такие эмбриональные стволовые клетки могут давать начало любым клеткам организма.
В большинстве исследований производится наблюдение за ростом нейрон альных стволовых клеток в культур альных чашках. Они могут там делиться, их можно генетически пометить и затем трансплантировать назад в нервную систему взрослого индивидуума. В экспериментах, которые пока проводились только на животных, клетки хорошо приживаются и могут дифференцироваться в зрелые нейрон ы в двух областях мозга, где образование новых нейрон ов происходит и в норме, — в гиппокампе и в обонятельных луковицах. Однако в других областях нейрон альные стволовые клетки, взятые из взрослого мозга, не торопятся становиться нейрон ами, хотя могут стать глией.
Устанавливая важные связи
Поскольку проходит около месяца с момента деления нейрон альной стволовой клетки до тех пор, пока ее потомок не включится в функциональные цепи мозга, роль этих новых нейрон ов в поведении, вероятно, определяется не столько родословной клетки, сколько тем, как новые и уже существующие клетки соединяются друг с другом (образуя синапс ы) и с существующими нейрон ами, формируя нервные цепи. В процессе синаптогенеза так называемые шипики на боковых отростках, или дендрит ах, одного нейрон а соединяются с основной ветвью, или аксон ом, другого нейрон а.
Как показывают недавние исследования, дендрит ные шипики (внизу) могут менять свою форму в течение нескольких минут. Это свидетельствует о том, что синаптогенез может лежать в основе обучения и памяти. Одноцветные микро-фотографии мозга живой мыши (красная, желтая, зеленая и голубая) были сделаны с интервалом в одни сутки. Многоцветное изображение (крайнее справа) представляет собой те же фотографии, наложенные друг на друга. Участки, не претерпевшие изменений, выглядят практически белыми.
Микрофотографии мозга живой мыши
Помоги мозгу
Еще одно заболевание, провоцирующее нейрогенез, — болезнь Альцгеймера. Как показали недавние исследования, в органах мыши. которой были введены гены человека, пораженные болезнью Альцгеймера. обнаружены различные отклонения нейрогенеза от нормы. В результате такого вмешательства у животного в избытке вырабатывается мутантная форма предшественника человеческого амилоидного пептида, и уровень нейрон ов в гиппокампе падает. А гиппокамп мышей с мутантным геном человека. кодирующим белок пресенилин. обладал малым количеством делящихся клеток и. соответственно. меньшим числом выживших нейрон ов. Введение FGF непосредственно в мозг животных ослабляло тенденцию; следовательно. факторы роста могут стать хорошим средством лечения этого разрушительного заболевания.
Следующий этап исследований — факторы роста, управляющие различными стадиями нейрогенеза (т.е. рождением новых клеток, миграцией и созреванием молодых клеток), а также факторы, тормозящие каждый этап. Для лечения таких заболеваний, как депрессия, при которой снижается количество делящихся клеток, необходимо найти фармакологические вещества или другие методы воздействия. усиливающие пролиферацию клеток. При эпилепсии, видимо. новые клетки рождаются. но затем мигрируют в ложном направлении, и нужно понять. как направить «заблудшие» нейрон ы по правильному пути. При злокачественной глиоме мозга глиальные клетки пролиферируют и образуют смертельно опасные разрастающиеся опухоли. Хотя причины возникновения глиомы еще не ясны. некоторые полагают. что она возникает в результате неконтролируемого разрастания стволовых клеток мозга. Лечить глиому можно с помощью природных соединений. регулирующих деление таких стволовых клеток.
Для лечения инсульта важно выяснить. какие факторы роста обеспечивают выживание нейрон ов и стимулируют превращение незрелых клеток в здоровые нейрон ы. При таких заболеваниях. как болезнь Гентингтона. амиотрофический боковой склероз (АЛС) и болезнь Паркинсона (когда гибнут совершенно конкретные типы клеток, что ведет к развитию специфических когнитивных или моторных симптомов). данный процесс происходит наиболее часто, поскольку клетки. с которыми связаны эти болезни, располагаются в ограниченных областях.
Возникает вопрос: как управлять процессом нейрогенеза при том или ином типе воздействия, чтобы контролировать количество нейрон ов, поскольку их избыток также представляет опасность? Например, при некоторых формах эпилепсии нейрон альные стволовые клетки продолжают делиться даже после того, как новые нейрон ы уже утрачивают способность устанавливать полезные связи. Нейробиологи предполагают, что «неправильные» клетки остаются недозрелыми и оказываются в ненужном месте. формируя т.н. фикальные корковые дисплазии (ФКД), генерирующие эпилептиформные разряды и вызывая эпилептические припадки. Не исключено, что введение факторов роста при инсульте. болезни Паркинсона и других заболеваниях может заставить нейрон альные стволовые клетки делиться чересчур быстро и привести к сходным симптомам. Поэтому исследователи должны сначала изучить применение факторов роста для индукции рождения, миграции и созревания нейрон ов.
При лечении травм спинного мозга, АЛС или рассеянного склероза необходимо заставить стволовые клетки производить олигодендроциты, одну из разновидностей глиальных клеток. Они необходимы для коммуникации нейрон ов друг с другом. поскольку изолируют длинные аксон ы, проходящие от одного нейрон а к другому. предотвращая рассеяние проходящего по аксон у электрического сигнала. Известно, что стволовые клетки в спинном мозге обладают способностью время от времени производить олигодендроциты. Исследователи применили факторы роста для стимулирования данного процесса у животных с травмой спинного мозга и получили положительные результаты.
Зарядка для мозга
Одна из важных особенностей нейрогенеза в гиппокампе состоит в том, что персональный опыт индивидуума может влиять на скорость деления клеток, количество выживших молодых нейрон ов и их способность встраиваться в нервную сеть. Например. когда взрослых мышей переселяют из обычных и тесных клеток в более удобные и просторные. у них происходит значительное усиление нейрогенеза. Исследователи обнаружили, что тренировки мышей в колесе для бега достаточно для того, чтобы удвоить количество делящихся клеток в гиппокампе, что ведет к резкому увеличению числа новых нейрон ов. Интересно, что регулярная физическая нагрузка может снять депрессию у людей. Возможно. это происходит благодаря активации нейрогенеза.
Если ученые научатся управлять нейрогенезом, то наши представления о заболеваниях и травмах мозга кардинально изменятся. Для лечения можно будет использовать вещества, избирательно стимулирующие определенные этапы нейрогенеза. Фармакологическое воздействие будет сочетаться с физиотерапией, усиливающей нейрогенез и стимулирующей определенные области мозга к встраиванию в них новых клеток. Учет взаимосвязей между нейрогенезом и умственной и физической нагрузками позволит снизить риск возникновения неврологических заболеваний и усилить природные репаративные процессы в мозге.
Путем стимуляции роста нейрон ов в мозге здоровые люди получат возможность улучшить состояние своего организма. Однако вряд ли им понравятся инъекции факторов роста, с трудом проникающих сквозь гематоэнцефалический барьер после введения в кровоток. Поэтому специалисты ищут препараты. которые можно было бы выпускать в виде таблеток. Подобное лекарство позволит стимулировать работу генов, кодирующих факторы роста, непосредственно в мозге человека.
Улучшить деятельность мозга возможно также путем генной терапии и трансплантации клеток: искусственно выращенные клетки, производящие конкретные факторы роста. можно имплантировать в определенные области мозга человека. Также предлагается вводить в организм человека гены, кодирующие производство различных факторов роста, и вирусы. способные доставить эти гены до нужных клеток мозга.
Пока не ясно. какой из методов окажется наиболее перспективным. Исследования, проведенные на животных, показывают. что применение факторов роста может нарушить нормальное функционирование мозга. Процессы роста могут вызвать образование опухолей, а трансплантированные клетки — выйти из под контроля и спровоцировать развитие рака. Такой риск может быть оправдан только при тяжелых формах болезни Гентингтона. Альцгеймера или Паркинсона.
Оптимальный способ стимулирования деятельности мозга — интенсивная интеллектуальная деятельность в сочетании со здоровым образом жизни: физическая нагрузка. хорошее питание и полноценный отдых. Экспериментально подтверждается и то. что на связи в мозге влияет окружающая среда. Возможно. когда-нибудь в жилых домах и офисах люди будут создавать и поддерживать специально обогащенную среду для улучшения функционирования мозга.
Если науке удастся понять механизмы самовосстановления нервной системы, то в скором будущем исследователи овладеют методами. позволяющими использовать собственные ресурсы мозга для его восстановления и совершенствования.
Источник: Мозг, восстанови себя
Дата создания: 04.11.2014
Последнее редактирование: 04.11.2014