Sel-sel saraf sedang dipulihkan

2024 Pengarang: Seth Attwood | [email protected]. Terakhir diubah: 2023-12-16 16:08

Ungkapan populer "Sel saraf tidak pulih" dianggap oleh semua orang sejak kecil sebagai kebenaran abadi. Namun, aksioma ini tidak lebih dari sebuah mitos, dan data ilmiah baru membantahnya.

Alam memberikan batas keamanan yang sangat tinggi pada otak yang sedang berkembang: selama embriogenesis, sejumlah besar neuron terbentuk. Hampir 70% dari mereka meninggal sebelum kelahiran anak. Otak manusia terus kehilangan neuron setelah lahir, sepanjang hidup. Kematian sel ini diprogram secara genetik. Tentu saja, tidak hanya neuron yang mati, tetapi juga sel-sel tubuh lainnya. Hanya semua jaringan lain yang memiliki kapasitas regeneratif yang tinggi, yaitu sel-selnya membelah, menggantikan yang mati.

Proses regenerasi paling aktif terjadi pada sel-sel epitel dan organ hematopoietik (sumsum tulang merah). Tapi ada sel di mana gen yang bertanggung jawab untuk reproduksi dengan pembelahan diblokir. Selain neuron, sel-sel ini termasuk sel-sel otot jantung. Bagaimana orang bisa mempertahankan kecerdasan sampai usia yang sangat tua, jika sel-sel saraf mati dan tidak diperbarui?

Salah satu penjelasan yang mungkin: tidak semua neuron "bekerja" secara bersamaan di sistem saraf, tetapi hanya 10% dari neuron. Fakta ini sering dikutip dalam literatur populer dan bahkan ilmiah. Saya telah berulang kali harus mendiskusikan pernyataan ini dengan rekan-rekan saya di dalam dan luar negeri. Dan tidak ada dari mereka yang mengerti dari mana angka ini berasal. Setiap sel hidup dan "bekerja" pada saat yang bersamaan. Di setiap neuron, proses metabolisme berlangsung sepanjang waktu, protein disintesis, impuls saraf dihasilkan dan ditransmisikan. Oleh karena itu, meninggalkan hipotesis neuron "beristirahat", mari kita beralih ke salah satu sifat sistem saraf, yaitu, pada plastisitasnya yang luar biasa.

Arti plastisitas adalah bahwa fungsi sel saraf mati diambil alih oleh "rekan" mereka yang masih hidup, yang bertambah besar dan membentuk sambungan baru, menggantikan fungsi yang hilang. Efisiensi tinggi, tetapi tidak terbatas dari kompensasi tersebut dapat diilustrasikan dengan contoh penyakit Parkinson, di mana terjadi kematian neuron secara bertahap. Ternyata sampai sekitar 90% neuron di otak mati, gejala klinis penyakit (anggota badan gemetar, keterbatasan mobilitas, gaya berjalan goyah, demensia) tidak muncul, yaitu, orang tersebut terlihat praktis sehat. Artinya, satu sel saraf yang hidup dapat menggantikan sembilan sel saraf yang mati.

Tetapi plastisitas sistem saraf bukanlah satu-satunya mekanisme yang memungkinkan pelestarian kecerdasan hingga usia lanjut. Alam juga memiliki kemunduran - munculnya sel-sel saraf baru di otak mamalia dewasa, atau neurogenesis.

Laporan pertama tentang neurogenesis muncul pada tahun 1962 di jurnal ilmiah bergengsi Science. Artikel itu berjudul "Apakah Neuron Baru Terbentuk di Otak Mamalia Dewasa?" Penulisnya, Profesor Joseph Altman dari Universitas Purdue (AS), dengan bantuan arus listrik, menghancurkan salah satu struktur otak tikus (badan genikulatum lateral) dan menyuntikkan zat radioaktif yang menembus sel-sel yang baru muncul di sana. Beberapa bulan kemudian, ilmuwan menemukan neuron radioaktif baru di thalamus (bagian dari otak depan) dan korteks serebral. Selama tujuh tahun berikutnya, Altman menerbitkan beberapa penelitian lagi yang membuktikan keberadaan neurogenesis di otak mamalia dewasa. Namun, kemudian, pada 1960-an, karyanya hanya menimbulkan skeptisisme di kalangan ahli saraf, perkembangan mereka tidak mengikuti.

Dan hanya dua puluh tahun kemudian neurogenesis "ditemukan kembali", tetapi sudah ada di otak burung. Banyak peneliti burung penyanyi telah memperhatikan bahwa selama setiap musim kawin, kenari jantan Serinus canaria menyanyikan lagu dengan "lutut" baru. Apalagi dia tidak mengadopsi trill baru dari rekan-rekannya, karena lagu-lagunya diperbarui bahkan secara terpisah. Para ilmuwan mulai mempelajari secara rinci pusat vokal utama burung, yang terletak di bagian khusus otak, dan menemukan bahwa pada akhir musim kawin (pada burung kenari itu terjadi pada bulan Agustus dan Januari), bagian penting dari neuron pusat vokal mati, mungkin karena beban fungsional yang berlebihan … Pada pertengahan 1980-an, Profesor Fernando Notteboom dari Universitas Rockefeller (AS) mampu menunjukkan bahwa pada kenari jantan dewasa, proses neurogenesis terjadi di pusat vokal secara konstan, tetapi jumlah neuron yang terbentuk tunduk pada fluktuasi musiman. Puncak neurogenesis pada burung kenari terjadi pada bulan Oktober dan Maret, yaitu dua bulan setelah musim kawin. Itulah sebabnya "perpustakaan musik" dari lagu-lagu kenari jantan diperbarui secara berkala.

Pada akhir 1980-an, neurogenesis juga ditemukan pada amfibi dewasa di laboratorium ilmuwan Leningrad Profesor A. L. Polenov.

Dari mana asal neuron baru jika sel saraf tidak membelah? Sumber neuron baru pada burung dan amfibi ternyata adalah sel punca saraf dari dinding ventrikel otak. Selama perkembangan embrio, dari sel-sel inilah sel-sel sistem saraf terbentuk: neuron dan sel glial. Tetapi tidak semua sel induk berubah menjadi sel sistem saraf - beberapa di antaranya "bersembunyi" dan menunggu di sayap.

Telah ditunjukkan bahwa neuron baru muncul dari sel induk organisme dewasa dan pada vertebrata yang lebih rendah. Namun, butuh hampir lima belas tahun untuk membuktikan bahwa proses serupa terjadi pada sistem saraf mamalia.

Kemajuan dalam ilmu saraf di awal 1990-an mengarah pada penemuan neuron "baru lahir" di otak tikus dewasa dan tikus. Mereka sebagian besar ditemukan di bagian otak yang secara evolusioner kuno: bulbus olfaktorius dan korteks hipokampus, yang terutama bertanggung jawab atas perilaku emosional, respons stres, dan pengaturan fungsi seksual mamalia.

Sama seperti pada burung dan vertebrata yang lebih rendah, pada mamalia, sel induk saraf terletak di dekat ventrikel lateral otak. Transformasi mereka menjadi neuron sangat intensif. Pada tikus dewasa, sekitar 250.000 neuron terbentuk dari sel induk per bulan, menggantikan 3% dari semua neuron di hipokampus. Umur neuron semacam itu sangat tinggi - hingga 112 hari. Sel induk saraf berjalan jauh (sekitar 2 cm). Mereka juga dapat bermigrasi ke bulbus olfaktorius, berubah menjadi neuron di sana.

Umbi penciuman otak mamalia bertanggung jawab atas persepsi dan pemrosesan utama berbagai bau, termasuk pengenalan feromon - zat yang dalam komposisi kimianya dekat dengan hormon seks. Perilaku seksual pada hewan pengerat terutama diatur oleh produksi feromon. Hippocampus terletak di bawah belahan otak. Fungsi struktur kompleks ini terkait dengan pembentukan memori jangka pendek, realisasi emosi tertentu dan partisipasi dalam pembentukan perilaku seksual. Kehadiran neurogenesis konstan pada bohlam penciuman dan hipokampus pada tikus dijelaskan oleh fakta bahwa pada hewan pengerat struktur ini menanggung beban fungsional utama. Karena itu, sel-sel saraf di dalamnya sering mati, yang berarti perlu diperbarui.

Untuk memahami kondisi apa yang memengaruhi neurogenesis di hipokampus dan bulbus olfaktorius, Profesor Gage dari Salk University (AS) membangun sebuah kota mini. Tikus-tikus itu bermain di sana, melakukan pendidikan jasmani, mencari jalan keluar dari labirin. Ternyata pada tikus "perkotaan", neuron baru muncul dalam jumlah yang jauh lebih besar daripada kerabat pasif mereka, terperosok dalam kehidupan rutin di vivarium.

Sel induk dapat dikeluarkan dari otak dan ditransplantasikan ke bagian lain dari sistem saraf, di mana mereka menjadi neuron. Profesor Gage dan rekan-rekannya melakukan beberapa eksperimen serupa, yang paling mengesankan adalah sebagai berikut. Bagian dari jaringan otak yang mengandung sel punca ditransplantasikan ke retina mata tikus yang rusak. (Dinding bagian dalam mata yang peka cahaya memiliki asal "saraf": ia terdiri dari neuron yang dimodifikasi - batang dan kerucut. Ketika lapisan peka cahaya dihancurkan, kebutaan terjadi.) Sel induk otak yang ditransplantasikan berubah menjadi neuron retina, proses mereka mencapai saraf optik, dan tikus kembali melihat! Terlebih lagi, ketika mentransplantasikan sel induk otak ke dalam mata yang utuh, tidak ada transformasi yang terjadi pada mereka. Mungkin, ketika retina rusak, beberapa zat diproduksi (misalnya, yang disebut faktor pertumbuhan) yang merangsang neurogenesis. Namun, mekanisme pasti dari fenomena ini masih belum jelas.

Para ilmuwan dihadapkan pada tugas untuk menunjukkan bahwa neurogenesis tidak hanya terjadi pada hewan pengerat, tetapi juga pada manusia. Untuk tujuan ini, para peneliti di bawah bimbingan Profesor Gage baru-baru ini melakukan pekerjaan yang sensasional. Di salah satu klinik onkologi Amerika, sekelompok pasien dengan neoplasma ganas yang tidak dapat disembuhkan menggunakan obat kemoterapi bromodioxyuridine. Zat ini memiliki sifat penting - kemampuan untuk menumpuk di sel-sel yang membelah berbagai organ dan jaringan. Bromodioxyuridine dimasukkan ke dalam DNA sel induk dan disimpan dalam sel anak setelah sel induk membelah. Penelitian patologis menunjukkan bahwa neuron yang mengandung bromodioxyuridine ditemukan di hampir semua bagian otak, termasuk korteks serebral. Jadi neuron ini adalah sel baru yang muncul dari pembelahan sel induk. Temuan itu tanpa syarat menegaskan bahwa proses neurogenesis juga terjadi pada orang dewasa. Tetapi jika pada hewan pengerat neurogenesis hanya terjadi di hipokampus, maka pada manusia, kemungkinan besar ia dapat menangkap area otak yang lebih luas, termasuk korteks serebral. Studi terbaru menunjukkan bahwa neuron baru di otak orang dewasa dapat dibentuk tidak hanya dari sel punca neuron, tetapi dari sel punca darah. Penemuan fenomena ini telah menimbulkan euforia di dunia ilmiah. Namun, publikasi dalam jurnal "Nature" pada Oktober 2003 mendinginkan pikiran yang antusias dalam banyak hal. Ternyata sel induk darah memang menembus otak, tetapi mereka tidak berubah menjadi neuron, tetapi bergabung dengan mereka, membentuk sel binuklir. Kemudian inti "lama" dari neuron dihancurkan, dan digantikan oleh inti "baru" dari sel induk darah. Di tubuh tikus, sel induk darah terutama bergabung dengan sel raksasa otak kecil - sel Purkinje, meskipun ini jarang terjadi: hanya beberapa sel gabungan yang dapat ditemukan di seluruh otak kecil. Fusi neuron yang lebih intens terjadi di hati dan otot jantung. Belum jelas apa arti fisiologis dalam hal ini. Salah satu hipotesisnya adalah bahwa sel induk darah membawa materi genetik baru, yang, memasuki sel serebelar "lama", memperpanjang hidupnya.

Jadi, neuron baru bisa muncul dari sel punca bahkan di otak orang dewasa. Fenomena ini sudah banyak digunakan untuk mengobati berbagai penyakit neurodegenerative (penyakit yang disertai dengan kematian neuron di otak). Persiapan sel induk untuk transplantasi diperoleh dengan dua cara. Yang pertama adalah penggunaan sel punca saraf, yang pada embrio dan orang dewasa terletak di sekitar ventrikel otak. Pendekatan kedua adalah penggunaan sel punca embrionik. Sel-sel ini terletak di massa sel dalam pada tahap awal pembentukan embrio. Mereka mampu berubah menjadi hampir semua sel dalam tubuh. Tantangan terbesar dalam bekerja dengan sel embrionik adalah membuatnya berubah menjadi neuron. Teknologi baru memungkinkan untuk melakukan ini.

Beberapa rumah sakit di Amerika Serikat telah membentuk "perpustakaan" sel induk saraf yang diperoleh dari jaringan embrionik, dan sedang ditransplantasikan ke pasien. Upaya transplantasi pertama membuahkan hasil positif, meskipun saat ini dokter tidak dapat memecahkan masalah utama transplantasi tersebut: perbanyakan sel punca yang merajalela pada 30-40% kasus mengarah pada pembentukan tumor ganas. Belum ada pendekatan yang ditemukan untuk mencegah efek samping ini. Namun terlepas dari itu, transplantasi sel punca tidak diragukan lagi akan menjadi salah satu pendekatan utama dalam pengobatan penyakit neurodegeneratif seperti Alzheimer dan Parkinson, yang telah menjadi momok di negara maju.