Нервові клітини відновлюються!
Стаття написана Павлом Чайкою, головним редактором журналу «Пізнавайка». З 2013 року з моменту заснування журналу Павло Чайка присвятив себе популяризації науки в Україні та світі. Основна мета як журналу, так і цієї статті – пояснити складні наукові теми простою та доступною мовою.
Скільки років для тих, у кого був пошкоджений спинний або головний мозок, як суворий вирок звучали слова: «Нервові клітини не відновлюються». Це вважалося аксіомою. Дійсно, нервові клітини, або нейрони, не діляться і після загибелі не відновлюються. Як же тоді повертати до норми порушену діяльність мозку?
Один із шляхів – трансплантація (пересадка) нервової тканини. Тут за останні 10-12 років досягнуті певні успіхи. Розроблено методи пересадки тваринам невеликих ділянок тканини головного мозку ембріонів (розвинена тканину мозку дорослих тваринах не приживляється і розсмоктується). Пересаджують тканину лише в область, багату кровоносними судинами або таку, що містить спинномозкову рідину і звільнену від згустків крові.
Над цією проблемою працюють тепер у багатьох лабораторіях світу. З’ясувалося, що мозкову тканину можна пересаджувати в головний мозок новонародженим і дорослим щурам, мишам, кроликам і навіть мавпам. Найкраще пересадки вдаються в межі одного виду тварин, дещо гірше, але все ж непогано – від одного виду тварин до іншого: від миші до щура, від щура до кролика і так далі. Досить довго (понад два роки) розвивається тканина мозку людського ембріона, пересаджена морським свинкам, правда, не в сам мозок, а в передню камеру очей, між рогівкою і кришталиком.
Головний мозок, передня камера ока, кістномозгова порожнина – ці місця захищені від імунних сил організму особливими бар’єрами; небезпечні для нової тканини лімфоцити крізь них проникнути не можуть. Пересаджена ембріональна тканина мозку перетворюється в нейрони, що живлять їх гліальні клітини; і ті й інші нормально функціонують протягом всього життя нового господаря. Нейрони пересадженої тканини встановлюють свої звичайні зв’язки з сусідніми клітинами: нейрони сітківки вступають в контакт із зоровими зонами кори і т. п. Можуть, щоправда, виникнути і непередбачені зв’язки, наприклад між шматочком пересадженої кори і мозочком. Але це трапляється рідко.
Чи можна, однак, пересадкою нервової тканини відновити функції головного або спинного мозку, порушені в результаті пошкодження? Так, іноді можна. При пошкодженні так званої чорної субстанції мозку, яка виробляє активну речовину – дофамін, пов’язану з регуляцією рухів, виникає досить поширена і важка хвороба Паркінсона. Цю хворобу можна штучно відтворити на пацюку. В щурячий мозок вводять спеціальну речовину, яка перериває передачу дофаміну з чорної субстанції у відділ, регулюючий рухову активність, і щур, скорчившись, завмирає. При пересадці же в цей відділ чорної субстанції, взятої з мозку нормального щурячого ембріона, подача дофаміну поновлюється і рухова функція нормалізується. Недавно в США були проведені перші успішні операції на людях, котрі хворіли на паркінсонізм.
Коли переривається зв’язок між двома такими ділянками мозку, як септума (перегородка) і гіпокамп, у тварин різко погіршуються функції пам’яті (гіпокамп грає важливу роль в процесах запам’ятовування і відтворення). Пересадка ембріонального септума на гіпокамп відновлює у піддослідної тварини пам’ять. Буває, що нейрони гіпоталамуса – одного з найважливіших мозкових відділів – виробляють недостатню кількість гормону вазопресину, регулюючого кров’яний тиск. Виникає нецукровий діабет. Після пересадки відповідних ембріональних нейронів вихід вазопресину підвищується і нецукровий діабет проходить. Таким чином, пересадка ембріональної тканини певних частин мозку здатна ліквідувати навіть генетично обумовлені порушення функцій центральної нервової системи.
У всіх випадках, про які ми говорили, пошкоджена була яка-небудь одна ділянка
мозку, і відновлення функцій нервової системи досягалося пересадкою відповідної ділянки ембріональної тканини. Але буває, патологічні зміни охоплюють і всю кору, та інші відділи головного мозку. Це може статися при сильному отруєнні, дитячому церебральному паралічі, при сильному склерозі, деяких психічних хворобах. Різні форми патології розвиваються на загальній біологічній основі – на дифузійній (поширеній) дистрофії нейронів. Але якби вдалося відновити харчування дистрофірованних нейронів, ймовірно, можна було б домогтися і відновлення їх нормальної діяльності.
Свого часу шведський нейробіолог Холдер Хіден виявив, що деякі хімічні сполуки стимулюють синтез білка в нейронах здорових кроликів. Після цього він разом з групою психіатрів зробив небезуспішну спробу активізувати білковий синтез в дістрофірованних нейронах психічно хворих людей. На жаль, по ряду причин ці дослідження не були доведені до кінця.
Ми підійшли до проблеми відновлення структури і функції нейронів трохи інакше – виходячи з того, що посилення регенерації тканини мозку (як і всякої тканини) можна досягти, впливаючи на неї продуктами руйнування – активними речовинами, які стимулюють синтез білка і нуклеїнових кислот. Як модель була обрана штучна гіпоксія. Гіпоксія – патологічний стан, що виникає або при нестачі кисню в повітрі, або при нездатності організму до його засвоєння. Вона-то і викликає дистрофію нервових клітин.
Під скляний дзвін барокамери, де протягом хвилини атмосферний тиск знижувався з 760 до 180 міліметрів ртутного стовпа, поміщали піддослідних щурів. Дослід тривав 3 хвилини. Внаслідок гострого кисневого голодування у щурів починалися судоми. Третина з них гинула, а в тих, що вижили, в корі великих півкуль і в гіпокампі було виявлено багато нейронів в стані оборотної і необоротної дистрофії.
В ході перших експериментів ми вводили в головний мозок здоровим щурам і щурам, які перенесли гіпоксію, гомогенат – розтерту тканину мозку дорослих щурів. В такому препараті клітини зруйновані і вивільненим активним речовинам ніщо не заважає стимулювати синтез білка і нормалізувати дистрофіровані нейрони. Потім було вирішено впливати на нейрони головного мозку пересадженою ембріональною тканиною мозку. Ми сподівалися, що контакт ембріональних нейронів з дистрофірованними зробить на них ще більш сильний вплив.
Двомстам дорослих щурів пересадили в тім’яну область кори і підкіркових відділів тканину щурячих ембріонів. Мозкова кора 17-денного ембріона складалася з безлічі несформованих клітин і невеликої кількості їх попередників – нейробластів. Пересаджені шматочки розвивалися нормально у 85-100 відсотках випадків. Щури відчували себе задовільно вже через день після операції. Вони їли, пили, рухалися, спали, у всьому вели себе як завжди і завели цілком здорових щурят.
За нашими спостереженнями, в глибині мозку нова тканина розвивається краще, ніж на його поверхні. Харчування вона отримує від кровоносних судин або рідини мозку. Нейрони її мають цілком нормальний вигляд; у них багато відростків. Між ними і нейронами сусідньої тканини – повний контакт: немає ні рубців, ні ознак імунної реакції. Пересаджені нейрони встановлюють зв’язок навіть з віддаленими нейронами мозку господаря і зберігають життєздатність до кінця досліду, тобто протягом року. За цей час їх розмір і маса сильно зростають. Розвиваються вони завжди відповідно своєму походженню: з зачатка кори в будь-якому місці мозку виростають пірамідні і зірчасті нейрони кори, з мозочка – властиві мозочку дрібні зернисті клітини, з середнього мозку – характерні для нього ядра і біла речовина.
Сильна дистрофія, яку відчувають нейрони щурів, які перенесли кисневе голодування, не перешкоджає розвитку пересаджених ділянок. Можна припускати, що і в інших випадках дистрофії нейронів подібна пересадка буде успішною. У здорової тварини на кожну тисячу нейронів кори великих півкуль припадає близько 40 загиблих нервових клітин. Через 3 місяці після гіпоксії їх стає 369. В досліді же, що поєднує гіпоксію з пересадкою, кількість загиблих клітин зменшується до 249. Це відбувається завдяки посиленню компенсаторно-відновних процесів в нервовій тканині мозку.
В інших дослідах ми вивчали можливість консервації тканини мозку. Виявилося, що заморожена до мінус 70 градусів за Цельсієм тканина мозку щурячих ембріонів після багатоденного зберігання і пересадки зберігає свою життєздатність і добре розвивається в мозку тварини. Нормалізується і стан дистрофірованних нейронів.
Як свіжі, так і заморожені ембріональні нейрони сприятливо діють на тканини мозку. Встановлюючи тісні зв’язки з іншими нейронами, вони включаються в регулювання мозкових функцій. Завдяки цьому з’являється можливість нормалізувати не тільки дистрофіровані нейрони, але і діяльність мозку взагалі.
Це по-перше. А по-друге, під час операції з пересадженням тканини і оперованого мозку виділяються активні стимулюючі речовини. Вони діють на здорові і дистрофіровані нейрони та покращують їх діяльність. Ефективність трансплантації мозкової тканини розкриває широкі перспективи для розробки ряду фундаментальних проблем біології і медицини, в тому числі і принципово нових методів лікування деяких нервових і психічних захворювань.
Автор: Л. Полежаєв.