Революция в голове. Как новые нервные клетки омолаживают мозг - Кемперманн Герд

После того как свои первые работы выпустил ихтиолог Гюнтер Цупанк, который тогда работал в Тюбингене, а позже в Бремене, мой коллега, нейробиолог из Дрездена Михаэль Бранд, со своими сотрудниками подробно картировал нейрогенез взрослых у данио-рерио. Они определили в мозге взрослой рыбы в общей сложности 16 зон, где на протяжении всей жизни образуются новые нейроны. В их число входит обонятельный мозг и та зона, которую при желании можно считать аналогом гиппокампа у млекопитающих. Впрочем, у животных в ней нет зубчатой извилины, так что нейрогенез взрослых все равно выглядит иначе.

Таким образом, рыбы, как и птицы, – настоящие мастера нейрогенеза. При этом их гораздо проще содержать и изучать. К тому же накопился значительный методический арсенал. Генетическая характеристика продвинулась настолько, что сегодня пройти мимо данио-рерио уже нельзя. То, что нейрогенез взрослых у рыб так ярко выражен, конечно, смущает. Разве это не благоприятное свойство? Если да, почему тогда у «высших» животных оно распространено скорее менее, чем более?

У данио-рерио нейрогенез взрослых несет регенеративную функцию, то есть составляет часть восстановительных процессов при повреждениях. У нас эта способность на самом деле утрачена. У мышей и человека данный процесс принципиально ограничен явлениями, связанными с пластичностью, и если обеспечивает регенерацию, то очень скудную. К возможным исключениям мы еще вернемся.

Итак, у данио-рерио можно было бы подсмотреть кое-что в плане регенерации. В этом и состоит цель работы, которую ведет Михаэль Бранд со своей группой в Дрездене. Можно ли разбудить и у человека этот предположительно забытый регенеративный потенциал и использовать его в медицине?

Восстановительный нейрогенез

В любом случае очень интересен вопрос, не может ли и у млекопитающих в экстремальной ситуации нейрогенез взрослых протекать более активно, чем в обычных условиях. Можно ли в соответствующих обстоятельствах активировать в клетках-предшественницах из стенок желудочков или из ткани, или даже в клетках NG2 потенциал нейрогенеза, который в противном случае остается скрытым? Может быть, все это лишь вопрос «дозволенности»? Иными словами, могли бы клетки делать это, если бы им кто-то дал?

На самом деле, из отдельных статей можно заключить, что нечто подобное возможно. Больше всего подтверждений получил восстановительный нейрогенез после инсульта в полосатом теле у крыс. Впрочем, речь здесь шла о столь малом количестве клеток, что трудно представить себе, как они могли бы способствовать регенерации всего поврежденного участка. И все же поражает сходство с процессами, которые в большом объеме можно наблюдать в мозге данио-рерио.

Может быть, это действительно эволюционные следы способности, которая в остальном в значительной мере утрачена. Может быть, это и правда тот материал, из которого строятся футуристические мечты медицинского толка. В любом случае здесь природа демонстрирует то, о чем грезят визионеры регенеративной медицины: она заменяет погибшие нейроны. Но не стоит воображать, что в реальности кому-нибудь удастся вырастить целый спинной мозг. Такое умеют только аксолотли, вид земноводных. Моя коллега Элли Танака изучает этот удивительный процесс, в ходе которого у них полностью воспроизводится развитие хвоста, а при необходимости и больше.

Общий вывод таков: изучая восстановительный нейрогенез у аксолотлей (см. рис. 21 на вклейке) и рыб, мы получаем очень много информации, и нельзя полностью исключить, что отсюда вырастут весьма конкретные терапевтические возможности. Но до этого пока очень далеко. Еще более нереалистично рассчитывать на то, что удастся полностью восстанавливать, например, чрезвычайно сложные соединения в новой коре головного мозга с ее гигантским количеством разнообразных клеточных типов и связей, особенно при обширных повреждениях.

Кроме того, конечно, часто бывает, особенно в коре головного мозга, что при разрушении нервных клеток также теряется функция, которую они выполняют в процессах обучения и запоминания. Новые нейроны пришлось бы обучать заново. Невозможно восстановить содержимое из некой резервной копии. Повторное обучение по-прежнему оставалось бы задачей нейрореабилитации. Это было бы испытанием пластичности регенерировавших нейронов. Функция не вернулась бы сама по себе, просто потому, что появились новые клетки. Их долгосрочная интеграция опять же зависела бы от того, насколько они пригодны к использованию в своих сетях; но что, если окажется, что и этих сетей больше нет, что они тоже должны регенерировать? Как быть с опытом, который воспроизвести невозможно? Важен ли порядок переживаний? Какое значение имеет время?

На данный момент неясно, распространяются ли вышеописанные примеры восстановительного нейрогенеза в животном мире только на жестко заданные, генетически предопределенные соединения (что было бы весьма загадочно и очень сложно объяснить), или также на пластичные связи, каковые демонстрируют «высшие» области мозга.

Все это несколько охлаждает восторги по поводу восстановительного нейрогенеза, но не нужно думать, что исследования на данную тему – чистая утопия, что они не имеют смысла. Они представляют большой научный интерес и важны для медицины, потому что полученные знания способствуют общему пониманию того, как вообще наш мозг обращается с повреждениями и как можно было бы содействовать регенерации. Для мозга, который в остальном регенерирует так плохо, мало – это лучше, чем ничего.

В целом также было бы очень полезно индуцировать нейрогенез там, где в естественных условиях его нет. Так, исследовательница стволовых клеток из Мюнхена Магдалена Гётц, автор многочисленных работ по субвентрикулярной зоне, занимается вопросом, можно ли прямо в мозге перепрограммировать глиальные клетки таким образом, чтобы из них получились новые нейроны. Это даже удается сделать, но встает множество новых вопросов. Нельзя сказать, что до клинического применения рукой подать. Эти исследования скорее имеют исключительное значение для фундаментальной науки. Они многое говорят нам о природе стволовых клеток и о том, как должно быть организовано содержимое клетки, чтобы нейрогенез взрослых стал возможен. Конечно, это также важно для физиологического нейрогенеза взрослых.

7

Новые нейроны для подвижного мозга

Серендипити

В 2004 году слово serendipity вошло в десятку самых труднопереводимых английских выражений. При этом оно чрезвычайно удобно. Слово «серендипити» уже появляется в других языках, но по популярности оно еще не догнало английский термин.

Серендип – старое название острова Шри-Ланка. Существует древнее персидское предание о трех принцах с Серендипа. Практически все, что они делают, удается им скорее по ошибке, и уж точно не благодаря прямому намерению. Опираясь на этот рассказ, Хорас Уолпол ввел в английский язык слово «серендипити», чтобы обозначить «счастливое совпадение». Вы хотите одного, получается что-то другое, и впоследствии это оказывается значительно лучше первоначального замысла. Прекрасное определение дано в замечательной книге Роберта Мертона и Элинор Барбер «Путешествия и приключения серендипити» (The Travels and Adventures of Serendipity): «the happy blend of wisdom and luck by which something is discovered not quite by accident» («счастливое сочетание мудрости и удачи, благодаря которому совершается не вполне случайное открытие»).

Эффект серендипити играет в науке большую роль (потому и слово это стало таким важным). Самая серьезная ошибка государственного и промышленного финансирования исследований состоит в том, что здесь этого не признают. Открытия чаще всего происходят не там, где их целенаправленно ищут. Вспомните: Колумб, отправляясь в плавание, не собирался открывать Америку. Удача в науке часто связана с чем-то неожиданным. Конечно, инженеры тоже радуются, когда находят решение задачи, но научные знания конструированию не поддаются. Так и Джозеф Альтман не искал нейрогенез взрослых, когда обнаружил его.