Tế bào thần kinh đang được phục hồi

2024 Tác giả: Seth Attwood | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2023-12-16 16:20

Câu thành ngữ phổ biến “Tế bào thần kinh không hồi phục” được mọi người coi là chân lý bất di bất dịch. Tuy nhiên, tiên đề này không hơn gì một huyền thoại và các dữ liệu khoa học mới đã bác bỏ nó.

Bản chất tự nhiên mang đến cho bộ não đang phát triển một mức độ an toàn rất cao: trong quá trình hình thành phôi thai, một lượng lớn tế bào thần kinh được hình thành. Gần 70% trong số họ chết trước khi sinh một đứa trẻ. Bộ não của con người tiếp tục mất tế bào thần kinh sau khi sinh, trong suốt cuộc đời. Sự chết của tế bào này được lập trình di truyền. Tất nhiên, không chỉ tế bào thần kinh chết, mà còn các tế bào khác của cơ thể. Chỉ tất cả các mô khác có khả năng tái tạo cao, tức là các tế bào của chúng phân chia, thay thế cho những mô đã chết.

Quá trình tái tạo diễn ra tích cực nhất trong các tế bào của biểu mô và cơ quan tạo máu (tủy xương đỏ). Nhưng có những tế bào trong đó các gen chịu trách nhiệm sinh sản bằng cách phân chia bị chặn. Ngoài các tế bào thần kinh, các tế bào này bao gồm các tế bào của cơ tim. Làm thế nào để con người có thể bảo tồn trí thông minh cho đến tuổi rất già, nếu các tế bào thần kinh chết đi và không được đổi mới?

Một trong những giải thích khả dĩ: không phải tất cả các tế bào thần kinh đều "hoạt động" đồng thời trong hệ thần kinh mà chỉ có 10% tế bào thần kinh. Thực tế này thường được trích dẫn trong các tài liệu phổ biến và thậm chí cả khoa học. Tôi đã nhiều lần phải thảo luận về câu nói này với các đồng nghiệp trong và ngoài nước. Và không ai trong số họ hiểu con số này đến từ đâu. Bất kỳ tế bào nào cũng sống và "hoạt động" cùng một lúc. Trong mỗi tế bào thần kinh, các quá trình trao đổi chất diễn ra liên tục, các protein được tổng hợp, các xung thần kinh được tạo ra và truyền đi. Do đó, bỏ giả thuyết về các tế bào thần kinh "nghỉ ngơi", chúng ta hãy chuyển sang một trong những đặc tính của hệ thần kinh, cụ thể là tính dẻo đặc biệt của nó.

Ý nghĩa của tính dẻo là các chức năng của các tế bào thần kinh đã chết được tiếp quản bởi các “đồng nghiệp” còn sống của chúng, chúng sẽ tăng kích thước và hình thành các kết nối mới, bù đắp cho các chức năng đã mất. Hiệu quả cao, nhưng không phải là vô hạn của việc bù đắp như vậy có thể được minh họa bằng ví dụ về bệnh Parkinson, trong đó có sự chết dần dần của các tế bào thần kinh. Nó chỉ ra rằng cho đến khi khoảng 90% tế bào thần kinh trong não chết, các triệu chứng lâm sàng của bệnh (run rẩy chân tay, hạn chế vận động, đi không vững, mất trí nhớ) không xuất hiện, tức là người đó trông thực tế khỏe mạnh. Điều này có nghĩa là một tế bào thần kinh sống có thể thay thế cho chín tế bào đã chết.

Nhưng sự dẻo dai của hệ thống thần kinh không phải là cơ chế duy nhất cho phép duy trì trí thông minh cho đến tuổi già. Tự nhiên cũng có một dự phòng - sự xuất hiện của các tế bào thần kinh mới trong não của động vật có vú trưởng thành, hoặc hình thành thần kinh.

Báo cáo đầu tiên về sự hình thành thần kinh xuất hiện vào năm 1962 trên tạp chí khoa học uy tín Science. Bài báo có tiêu đề "Có phải tế bào thần kinh mới hình thành trong não của động vật có vú trưởng thành không?" Tác giả của nó, Giáo sư Joseph Altman đến từ Đại học Purdue (Mỹ), với sự hỗ trợ của dòng điện, đã phá hủy một trong những cấu trúc của não chuột (phần thân bên) và tiêm vào đó một chất phóng xạ xâm nhập vào các tế bào mới hình thành. Vài tháng sau, nhà khoa học phát hiện ra các tế bào thần kinh phóng xạ mới trong đồi thị (một phần của não trước) và vỏ não. Trong bảy năm tiếp theo, Altman đã công bố thêm một số nghiên cứu chứng minh sự tồn tại của quá trình hình thành thần kinh trong não của động vật có vú trưởng thành. Tuy nhiên, sau đó, vào những năm 1960, công trình nghiên cứu của ông chỉ gây ra sự hoài nghi trong giới khoa học thần kinh, sự phát triển của họ không theo sau.

Và chỉ hai mươi năm sau, sự hình thành thần kinh đã được "khám phá lại", nhưng đã có trong não của loài chim. Nhiều nhà nghiên cứu về chim biết hót đã nhận thấy rằng trong mỗi mùa giao phối, chim hoàng yến đực Serinus canaria hát một bài bằng "đầu gối" mới. Hơn nữa, anh ấy không áp dụng những thử thách mới từ các đồng nghiệp của mình, vì các bài hát đã được cập nhật ngay cả khi cô lập. Các nhà khoa học bắt đầu nghiên cứu chi tiết về trung tâm phát âm chính của loài chim, nằm trong một phần đặc biệt của não, và phát hiện ra rằng vào cuối mùa giao phối (ở chim hoàng yến diễn ra vào tháng 8 và tháng 1), một phần đáng kể của tế bào thần kinh của trung tâm thanh nhạc đã chết, có thể là do tải chức năng quá mức … Vào giữa những năm 1980, Giáo sư Fernando Notteboom đến từ Đại học Rockefeller (Mỹ) đã chỉ ra rằng ở chim hoàng yến đực trưởng thành, quá trình hình thành thần kinh diễn ra liên tục ở trung tâm thanh âm, nhưng số lượng tế bào thần kinh được hình thành có thể thay đổi theo mùa. Đỉnh cao hình thành thần kinh ở chim hoàng yến xảy ra vào tháng 10 và tháng 3, tức là hai tháng sau mùa giao phối. Đó là lý do “thư viện âm nhạc” các bài hát của chim hoàng yến đực được cập nhật thường xuyên.

Vào cuối những năm 1980, quá trình hình thành thần kinh cũng được phát hiện ở động vật lưỡng cư trưởng thành trong phòng thí nghiệm của nhà khoa học Leningrad, Giáo sư A. L. Polenov.

Các tế bào thần kinh mới đến từ đâu nếu các tế bào thần kinh không phân chia? Nguồn tế bào thần kinh mới ở cả chim và lưỡng cư hóa ra là các tế bào gốc tế bào thần kinh từ thành của não thất. Trong quá trình phát triển của phôi, chính từ các tế bào này đã hình thành nên các tế bào của hệ thần kinh: tế bào thần kinh và tế bào thần kinh đệm. Nhưng không phải tất cả các tế bào gốc đều biến thành tế bào của hệ thần kinh - một số tế bào trong số chúng "ẩn náu" và chờ đợi trong đôi cánh.

Người ta đã chứng minh rằng các tế bào thần kinh mới phát sinh từ các tế bào gốc của sinh vật trưởng thành và ở động vật có xương sống thấp hơn. Tuy nhiên, phải mất gần mười lăm năm để chứng minh rằng một quá trình tương tự xảy ra trong hệ thần kinh của động vật có vú.

Những tiến bộ trong khoa học thần kinh vào đầu những năm 1990 đã dẫn đến việc phát hiện ra các tế bào thần kinh "sơ sinh" trong não của chuột trưởng thành và chuột nhắt. Chúng được tìm thấy chủ yếu ở các phần não cổ đại tiến hóa: khứu giác và vỏ não hải mã, chịu trách nhiệm chính về hành vi cảm xúc, phản ứng với căng thẳng và điều chỉnh các chức năng tình dục của động vật có vú.

Cũng giống như ở chim và động vật có xương sống thấp hơn, ở động vật có vú, tế bào gốc tế bào thần kinh nằm gần não thất bên. Quá trình chuyển đổi của chúng thành tế bào thần kinh rất chuyên sâu. Ở chuột trưởng thành, khoảng 250.000 tế bào thần kinh được hình thành từ tế bào gốc mỗi tháng, thay thế 3% tổng số tế bào thần kinh trong hồi hải mã. Tuổi thọ của các tế bào thần kinh như vậy rất cao - lên đến 112 ngày. Tế bào gốc thần kinh di chuyển một quãng đường dài (khoảng 2 cm). Chúng cũng có thể di chuyển đến khứu giác, biến thành các tế bào thần kinh ở đó.

Các củ khứu giác của não động vật có vú chịu trách nhiệm nhận thức và xử lý chính các mùi khác nhau, bao gồm cả việc nhận biết pheromone - chất mà trong thành phần hóa học của chúng gần giống với hormone sinh dục. Hành vi tình dục ở loài gặm nhấm chủ yếu được điều chỉnh bởi việc sản xuất pheromone. Hồi hải mã nằm dưới bán cầu đại não. Các chức năng của cấu trúc phức tạp này gắn liền với việc hình thành trí nhớ ngắn hạn, nhận thức những cảm xúc nhất định và tham gia vào việc hình thành hành vi tình dục. Sự hiện diện của quá trình hình thành thần kinh liên tục trong khứu giác và hồi hải mã ở chuột được giải thích là do ở loài gặm nhấm, những cấu trúc này chịu tải chức năng chính. Do đó, các tế bào thần kinh trong chúng thường chết đi, đồng nghĩa với việc chúng cần được thay mới.

Để tìm hiểu những điều kiện nào ảnh hưởng đến quá trình hình thành thần kinh ở vùng hải mã và khứu giác, giáo sư Gage từ Đại học Salk (Mỹ) đã xây dựng một thành phố thu nhỏ. Những con chuột chơi ở đó, học thể dục, tìm kiếm lối ra khỏi mê cung. Hóa ra là ở chuột "thành thị", các tế bào thần kinh mới xuất hiện với số lượng lớn hơn nhiều so với các họ hàng thụ động của chúng, giống như một cuộc sống thường ngày trong một trại vivarium.

Tế bào gốc có thể được lấy ra khỏi não và cấy ghép vào một phần khác của hệ thần kinh, nơi chúng trở thành tế bào thần kinh. Giáo sư Gage và các đồng nghiệp của ông đã tiến hành một số thí nghiệm tương tự, trong đó ấn tượng nhất là thí nghiệm sau đây. Một phần mô não có chứa tế bào gốc đã được cấy ghép vào võng mạc đã bị phá hủy của mắt chuột. (Thành trong nhạy cảm với ánh sáng của mắt có nguồn gốc "thần kinh": nó bao gồm các tế bào thần kinh biến đổi - hình que và tế bào hình nón. Khi lớp nhạy cảm ánh sáng bị phá hủy, mù lòa sẽ hình thành.) Các tế bào gốc não được cấy ghép sẽ biến thành tế bào thần kinh võng mạc, các quá trình của chúng đã chạm đến dây thần kinh thị giác, và con chuột đã lấy lại được thị lực! Hơn nữa, khi cấy ghép tế bào gốc não vào một con mắt còn nguyên vẹn, không có quá trình biến đổi nào diễn ra với chúng. Có thể, khi võng mạc bị tổn thương, một số chất được tạo ra (ví dụ, cái gọi là yếu tố tăng trưởng) kích thích hình thành thần kinh. Tuy nhiên, cơ chế chính xác của hiện tượng này vẫn chưa được làm rõ.

Các nhà khoa học đã phải đối mặt với nhiệm vụ chứng minh rằng sự hình thành thần kinh không chỉ xảy ra ở loài gặm nhấm, mà còn ở người. Vì vậy, các nhà nghiên cứu dưới sự hướng dẫn của Giáo sư Gage gần đây đã thực hiện công việc giật gân. Tại một trong những phòng khám ung thư ở Mỹ, một nhóm bệnh nhân mắc khối u ác tính không thể chữa khỏi đã dùng thuốc hóa trị liệu bromodioxyuridine. Chất này có một đặc tính quan trọng - khả năng tích tụ trong các tế bào phân chia của các cơ quan và mô khác nhau. Bromodioxyuridine được kết hợp vào DNA của tế bào mẹ và được lưu trữ trong các tế bào con sau khi tế bào mẹ phân chia. Nghiên cứu bệnh lý học đã chỉ ra rằng các tế bào thần kinh có chứa bromodioxyuridine được tìm thấy ở hầu hết các bộ phận của não, bao gồm cả vỏ não. Vì vậy, những tế bào thần kinh này là những tế bào mới xuất hiện từ quá trình phân chia tế bào gốc. Phát hiện khẳng định vô điều kiện rằng quá trình hình thành thần kinh cũng xảy ra ở người lớn. Nhưng nếu ở loài gặm nhấm, quá trình hình thành thần kinh chỉ xảy ra ở vùng hải mã, thì ở người, nó có thể chiếm được nhiều vùng rộng hơn của não, bao gồm cả vỏ não. Các nghiên cứu gần đây đã chỉ ra rằng các tế bào thần kinh mới trong não người lớn có thể được hình thành không chỉ từ các tế bào gốc tế bào thần kinh, mà từ các tế bào gốc máu. Việc phát hiện ra hiện tượng này đã khiến giới khoa học xôn xao. Tuy nhiên, công bố trên tạp chí "Nature" vào tháng 10 năm 2003 đã làm nguội lạnh những tâm hồn nhiệt tình theo nhiều cách. Hóa ra là các tế bào gốc trong máu thực sự xâm nhập vào não, nhưng chúng không biến thành tế bào thần kinh mà hợp nhất với chúng, tạo thành các tế bào hạt nhân. Sau đó, nhân "cũ" của tế bào thần kinh bị phá hủy, và nó được thay thế bằng nhân "mới" của tế bào gốc máu. Trong cơ thể chuột, các tế bào gốc máu chủ yếu hợp nhất với các tế bào khổng lồ của tiểu não - tế bào Purkinje, mặc dù điều này xảy ra khá hiếm: chỉ có một số tế bào hợp nhất có thể được tìm thấy trong toàn bộ tiểu não. Sự hợp nhất dữ dội hơn của các tế bào thần kinh xảy ra ở gan và cơ tim. Hiện vẫn chưa rõ ý nghĩa sinh lý trong việc này. Một trong những giả thuyết được đặt ra là tế bào gốc máu mang trong mình vật chất di truyền mới, khi đi vào tế bào tiểu não "cũ" sẽ kéo dài tuổi thọ của nó.

Vì vậy, các tế bào thần kinh mới có thể phát sinh từ các tế bào gốc ngay cả trong não người lớn. Hiện tượng này đã được sử dụng rộng rãi để điều trị các bệnh thoái hóa thần kinh khác nhau (các bệnh kèm theo cái chết của các tế bào thần kinh trong não). Các chế phẩm tế bào gốc để cấy ghép được thu nhận theo hai cách. Đầu tiên là việc sử dụng các tế bào gốc thần kinh, ở cả phôi thai và tế bào trưởng thành đều nằm xung quanh các tâm thất của não. Cách tiếp cận thứ hai là sử dụng tế bào gốc phôi. Các tế bào này nằm trong khối tế bào bên trong ở giai đoạn đầu của quá trình hình thành phôi. Chúng có thể biến đổi thành hầu hết các tế bào trong cơ thể. Thách thức lớn nhất khi làm việc với các tế bào phôi là làm cho chúng biến đổi thành tế bào thần kinh. Công nghệ mới giúp bạn có thể làm được điều này.

Một số bệnh viện ở Hoa Kỳ đã hình thành "thư viện" tế bào gốc tế bào thần kinh lấy từ mô phôi và đang được cấy ghép vào bệnh nhân. Những nỗ lực đầu tiên trong việc cấy ghép đang mang lại kết quả khả quan, mặc dù ngày nay các bác sĩ không thể giải quyết được vấn đề chính của việc cấy ghép như vậy: sự nhân lên tràn lan của tế bào gốc trong 30-40% trường hợp dẫn đến hình thành các khối u ác tính. Chưa tìm ra cách tiếp cận nào để ngăn chặn tác dụng phụ này. Nhưng bất chấp điều này, cấy ghép tế bào gốc chắc chắn sẽ là một trong những cách tiếp cận chính trong điều trị các bệnh thoái hóa thần kinh như Alzheimer và Parkinson, vốn đã trở thành tai họa của các nước phát triển.