תאי עצב עוברים שיקום

2024 מְחַבֵּר: Seth Attwood | [email protected]. שונה לאחרונה: 2023-12-16 16:05

הביטוי הפופולרי "תאי עצב לא מתאוששים" נתפס על ידי כולם מילדות כאמת בלתי ניתנת לשינוי. עם זאת, האקסיומה הזו היא לא יותר ממיתוס, ונתונים מדעיים חדשים מפריכים אותה.

הטבע מציב במוח המתפתח מרווח בטיחות גבוה מאוד: במהלך העובר נוצר עודף גדול של נוירונים. כמעט 70% מהם מתים לפני לידת ילד. המוח האנושי ממשיך לאבד נוירונים לאחר הלידה, לאורך כל החיים. מוות תאים זה מתוכנת גנטית. כמובן, לא רק נוירונים מתים, אלא גם תאים אחרים בגוף. רק לכל שאר הרקמות יש יכולת התחדשות גבוהה, כלומר, התאים שלהן מתחלקים ומחליפים את המתים.

תהליך ההתחדשות פעיל ביותר בתאי האפיתל והאיברים ההמטופואטיים (מח עצם אדום). אבל יש תאים שבהם חסומים הגנים האחראים על רבייה בחלוקה. בנוסף לנוירונים, תאים אלו כוללים את תאי שריר הלב. איך אנשים מצליחים לשמר אינטליגנציה עד גיל מבוגר מאוד, אם תאי עצב מתים ולא מתחדשים?

אחד ההסברים האפשריים: לא כל הנוירונים "פועלים" בו זמנית במערכת העצבים, אלא רק 10% מהנוירונים. עובדה זו מצוטטת לעתים קרובות בספרות פופולרית ואף מדעית. נאלצתי שוב ושוב לדון בהצהרה זו עם עמיתיי המקומיים והזרים. ואף אחד מהם לא מבין מאיפה הגיע הנתון הזה. כל תא חי ו"עובד" בו זמנית. בכל נוירון מתרחשים כל הזמן תהליכים מטבוליים, חלבונים מסונתזים, דחפים עצביים נוצרים ומועברים. לכן, בהשארת ההשערה של נוירונים "מנוחים", הבה נפנה לאחת מתכונותיה של מערכת העצבים, כלומר לפלסטיות יוצאת הדופן שלה.

משמעות הפלסטיות היא שתפקודם של תאי עצב מתים משתלטים על ידי "עמיתיהם" ששרדו, אשר מתרבים בגודלם ויוצרים קשרים חדשים, המפצים על התפקודים האבודים. ניתן להמחיש את היעילות הגבוהה, אך לא האינסופית, של פיצוי כזה בדוגמה של מחלת פרקינסון, שבה יש מוות הדרגתי של נוירונים. מסתבר שעד שמתים כ-90% מהנוירונים במוח, לא מופיעים התסמינים הקליניים של המחלה (רעד בגפיים, הגבלת תנועה, הליכה לא יציבה, דמנציה), כלומר האדם נראה בריא למעשה. המשמעות היא שתא עצב חי אחד יכול להחליף תשעה מתים.

אבל הפלסטיות של מערכת העצבים היא לא המנגנון היחיד שמאפשר שימור האינטליגנציה עד גיל מבוגר. לטבע יש גם נסיגה - הופעת תאי עצב חדשים במוח של יונקים בוגרים, או נוירוגנזה.

הדוח הראשון על נוירוגנזה הופיע ב-1962 בכתב העת המדעי היוקרתי Science. המאמר נשא את הכותרת "האם נוצרים נוירונים חדשים במוחם של יונקים בוגרים?" מחברו, פרופסור ג'וזף אלטמן מאוניברסיטת פרדו (ארה"ב), בעזרת זרם חשמלי, הרס את אחד ממבני המוח של החולדה (הגוף הגנטי לרוחב) והזריק לשם חומר רדיואקטיבי שחודר לתאים החדשים שצצו. כמה חודשים לאחר מכן גילה המדען נוירונים רדיואקטיביים חדשים בתלמוס (חלק מהמוח הקדמי) ובקליפת המוח. במהלך שבע השנים הבאות פרסם אלטמן מספר מחקרים נוספים המוכיחים את קיומה של נוירוגנזה במוחם של יונקים בוגרים. עם זאת, אז, בשנות ה-60, עבודתו גרמה רק לספקנות בקרב מדעני מוח, התפתחותם לא באה בעקבותיה.

ורק עשרים שנה לאחר מכן נוירוגנזה "התגלתה מחדש", אבל כבר במוח של ציפורים.חוקרי ציפורי שיר רבים שמו לב שבכל עונת הזדווגות, הזכר הזכרי Serinus canaria שר שיר עם "ברכיים" חדשות. יתרה מכך, הוא אינו מאמץ טרילים חדשים מחבריו, שכן השירים עודכנו גם במנותק. מדענים החלו לחקור בפירוט את המרכז הקולי הראשי של ציפורים, הממוקם בחלק מיוחד של המוח, וגילו שבסוף עונת ההזדווגות (בכנריות זה מתרחש באוגוסט וינואר), חלק ניכר מהנוירונים של המרכז הקולי מת, כנראה בגלל עומס תפקודי מופרז … באמצע שנות ה-80, הצליח פרופסור פרננדו נוטבום מאוניברסיטת רוקפלר (ארה"ב) להראות שאצל כנריות גברים בוגרים, תהליך הנוירוגנזה מתרחש במרכז הקול ללא הרף, אך מספר הנוירונים הנוצרים נתון לתנודות עונתיות. שיא הנוירוגנזה בכנריות מתרחש באוקטובר ומרץ, כלומר חודשיים לאחר עונות ההזדווגות. לכן "ספריית המוזיקה" של שירי הכנרית מתעדכנת באופן שוטף.

בסוף שנות ה-80 התגלתה נוירוגנזה גם בדו-חיים בוגרים במעבדתו של המדען לנינגרד פרופסור א.ל. פולנוב.

מאיפה נוירונים חדשים מגיעים אם תאי עצב אינם מתחלקים? המקור לנוירונים חדשים הן בציפורים והן בדו-חיים התברר כתאי גזע עצביים מדופן חדרי המוח. במהלך התפתחות העובר, מתאי אלו נוצרים תאי מערכת העצבים: נוירונים ותאי גליה. אבל לא כל תאי הגזע הופכים לתאי מערכת העצבים - חלקם "מתחבאים" וממתינים בכנפיים.

הוכח כי נוירונים חדשים נוצרים מתאי גזע של האורגניזם הבוגר ובחולייתנים נמוכים יותר. עם זאת, לקח כמעט חמש עשרה שנים להוכיח שתהליך דומה מתרחש במערכת העצבים של היונקים.

ההתקדמות במדעי המוח בתחילת שנות ה-90 הובילה לגילוי של נוירונים "יילוד" במוחם של חולדות ועכברים בוגרים. הם נמצאו בעיקר בחלקים העתיקים מבחינה אבולוציונית של המוח: נורות הריח וקליפת ההיפוקמפוס, שאחראיות בעיקר על התנהגות רגשית, תגובת לחץ וויסות תפקודים מיניים של יונקים.

בדיוק כמו בציפורים ובבעלי חוליות נמוכים יותר, אצל יונקים, תאי גזע עצביים ממוקמים ליד החדרים הצדדיים של המוח. ההפיכה שלהם לנוירונים היא אינטנסיבית מאוד. בחולדות בוגרות נוצרים מתאי גזע כ-250,000 נוירונים בחודש, המחליפים 3% מכלל הנוירונים בהיפוקמפוס. תוחלת החיים של נוירונים כאלה היא גבוהה מאוד - עד 112 ימים. תאי גזע עצביים עוברים דרך ארוכה (כ-2 ס מ). הם גם מסוגלים לנדוד לנורת הריח, ולהפוך שם לנוירונים.

נורות הריח של מוח היונקים אחראיות על תפיסה ועיבוד ראשוני של ריחות שונים, לרבות זיהוי פרומונים - חומרים שבהרכבם הכימי קרובים להורמוני המין. התנהגות מינית אצל מכרסמים מווסתת בעיקר על ידי ייצור פרומונים. ההיפוקמפוס ממוקם מתחת להמיספרות המוחיות. הפונקציות של מבנה מורכב זה קשורות להיווצרות זיכרון לטווח קצר, מימוש רגשות מסוימים והשתתפות בהיווצרות התנהגות מינית. הנוכחות של נוירוגנזה מתמדת בפקעת הריח ובהיפוקמפוס בחולדות מוסברת על ידי העובדה שבמכרסמים מבנים אלה נושאים את העומס התפקודי העיקרי. לכן תאי העצב שבהם מתים לרוב, מה שאומר שצריך לחדש אותם.

על מנת להבין אילו תנאים משפיעים על נוירוגנזה בהיפוקמפוס ובפקעת הריח, בנה פרופסור גייג' מאוניברסיטת סאלק (ארה"ב) עיר מיניאטורית. העכברים שיחקו שם, עשו חינוך גופני, חיפשו יציאות מהמבוכים.התברר כי בעכברים "עירוניים" התעוררו נוירונים חדשים במספר גדול בהרבה מאשר בקרב קרוביהם הפסיביים, שקועים בחיי שגרה בויוריום.

ניתן להסיר תאי גזע מהמוח ולהשתלם בחלק אחר של מערכת העצבים, שם הם הופכים לנוירונים. פרופסור גייג' ועמיתיו ערכו כמה ניסויים דומים, המרשים שבהם היה הבא. קטע של רקמת מוח המכילה תאי גזע הושתל לתוך הרשתית ההרוסה של עין חולדה. (לדופן הפנימי הרגישה לאור של העין יש מקור "עצבי": הוא מורכב מנוירונים מותאמים - מוטות וחרוטים. כשהשכבה הרגישה לאור נהרס, עיוורון מתחיל.) תאי גזע המוח המושתלים הפכו לנוירונים ברשתית, התהליכים שלהם הגיעו לעצב הראייה, והחולדה שבה לראייה! יתרה מכך, בעת השתלת תאי גזע במוח לעין שלמה, לא התרחשו איתם טרנספורמציות. ככל הנראה, כאשר הרשתית ניזוקה, נוצרים כמה חומרים (למשל, מה שנקרא גורמי גדילה) המעוררים נוירוגנזה. עם זאת, המנגנון המדויק של תופעה זו עדיין אינו ברור.

מדענים עמדו בפני המשימה להראות כי נוירוגנזה מתרחשת לא רק במכרסמים, אלא גם בבני אדם. לשם כך, חוקרים בהדרכתו של פרופסור גייג' ביצעו לאחרונה עבודה מרעישה. באחת המרפאות האונקולוגיות האמריקאיות, קבוצת חולים עם ניאופלזמות ממאירות חשוכות מרפא נטלו את התרופה הכימותרפית bromodioxyuridine. לחומר זה יש תכונה חשובה - היכולת להצטבר בתאים המתחלקים של איברים ורקמות שונות. Bromodioxyuridine משולב ב-DNA של תא האם ונאגר בתאי בת לאחר שתאי האם מתחלקים. מחקר פתולוגי הראה כי נוירונים המכילים bromodioxyuridine נמצאים כמעט בכל חלקי המוח, כולל קליפת המוח. אז הנוירונים האלה היו תאים חדשים שהופיעו מחלוקת תאי גזע. הממצא אישר ללא תנאי שתהליך הנוירוגנזה מתרחש גם אצל מבוגרים. אבל אם במכרסמים נוירוגנזה מתרחשת רק בהיפוקמפוס, אז בבני אדם, סביר להניח שהיא יכולה ללכוד אזורים נרחבים יותר במוח, כולל קליפת המוח. מחקרים אחרונים הראו כי נוירונים חדשים במוח הבוגר יכולים להיווצר לא רק מתאי גזע עצביים, אלא מתאי גזע בדם. גילוי תופעה זו גרם לאופוריה בעולם המדעי. עם זאת, הפרסום בכתב העת "טבע" באוקטובר 2003 צינן מוחות נלהבים במובנים רבים. התברר שתאי גזע בדם אמנם חודרים למוח, אבל הם לא הופכים לנוירונים, אלא מתמזגים איתם ויוצרים תאים דו-גרעיניים. אז נהרס הגרעין ה"ישן" של הנוירון, והוא מוחלף בגרעין ה"חדש" של תא הגזע בדם. בגוף החולדה מתמזגים תאי גזע דם בעיקר עם תאי הענק של המוח הקטן - תאי Purkinje, אם כי זה קורה לעתים רחוקות למדי: ניתן למצוא רק תאים בודדים שהתמזגו בכל המוח הקטן. היתוך אינטנסיבי יותר של נוירונים מתרחש בכבד ובשריר הלב. עדיין לא ברור מה המשמעות הפיזיולוגית בכך. אחת ההשערות היא שתאי גזע בדם נושאים עימם חומר גנטי חדש, הנכנס לתא המוח הקטן ה"ישן" מאריך את חייו.

אז, נוירונים חדשים יכולים להיווצר מתאי גזע אפילו במוח הבוגר. תופעה זו כבר נמצאת בשימוש נרחב לטיפול במחלות ניווניות שונות (מחלות המלוות במוות של נוירונים במוח). הכנות לתאי גזע להשתלה מתקבלות בשתי דרכים.הראשון הוא השימוש בתאי גזע עצביים, שגם בעובר וגם במבוגר ממוקמים סביב חדרי המוח. הגישה השנייה היא שימוש בתאי גזע עובריים. תאים אלו ממוקמים במסת התא הפנימית בשלב מוקדם של היווצרות העובר. הם מסוגלים להפוך כמעט לכל תא בגוף. האתגר הגדול ביותר בעבודה עם תאים עובריים הוא לגרום להם להפוך לנוירונים. טכנולוגיות חדשות מאפשרות לעשות זאת.

חלק מבתי חולים בארצות הברית כבר יצרו "ספריות" של תאי גזע עצביים המתקבלים מרקמות עובריות, והם מושתלים בחולים. ניסיונות ההשתלה הראשונים מניבים תוצאות חיוביות, אם כי כיום רופאים אינם יכולים לפתור את הבעיה העיקרית של השתלות כאלה: ריבוי משתולל של תאי גזע ב-30-40% מהמקרים מוביל להיווצרות גידולים ממאירים. טרם נמצאה גישה למניעת תופעת לוואי זו. אך למרות זאת, השתלת תאי גזע תהיה ללא ספק אחת הגישות המרכזיות בטיפול במחלות ניווניות עצביות כמו אלצהיימר ופרקינסון, שהפכו למכת מדינות מפותחות.