بمب هسته ای و راز تقسیم سلول های عصبی
یکی از تفاوت‌های بارز سلول‌های عصبی در مقایسه با دیگر سلول‌ها عدم توانایی آن‌ها برای تقسیم سلولی است. در نتیجه اگر در پی آسیبی به سیستم عصبی تعدادی از سلول‌ها از بین بروند، تنها راه جبران آسیب، به وجود آمدن سلول‌های عصبی جدید از سلول‌های پیش‌ساز(Progenitor cells) است. به علاوه تحقیقات بر روی حیوانات نشان داده است که تولید سلول‌های عصبی جدید در هیپوکمپوس مغز می‌تواند باعث تقویت حافظه، افزایش توانایی یادگیری، مقاومت در مقابل افسردگی و حتی کاهش عوارض پیری شود. آگاهی به این نکات می‌تواند توضیح دهد چرا محققان در پی یافتن جواب این سوال هستند که آیا تولید سلول‌های عصبی جدید از سلول‌های پیش ساز در تمام طول زندگی انسان ادامه پیدا میکند؟
بازدید :
زمان تقریبی مطالعه :
تاریخ : دوشنبه 1397/02/03 ساعت 08:58
زینب شاه مرادی - مرکز یادگیری تبیان
برشی از هیپوکمپوس مغز، هسته‌های سلولی به رنگ قرمز، آکسون‌ها در نورون‌ها به رنگ آبی و سلول‌های گلیال (سلول‌های پشتیبان سیستم عصبی) به رنگ سبز نشان داده شده‌اند.
به گزارش بیگ بنگ، بیشتر محققان معتقدند در بسیاری از نواحی مغز انسان، تولید سلول های جدید تنها در یک دوره خاصی از تکامل مغز اتفاق می افتد و سپس متوقف می‌شود. در مغز موش ها سلول های پیش‌ساز در ناحیه خاصی از هیپوکمپوس مشاهده شده‌اند که بعد از تولد و حتی در بزرگسالی به تولید سلول‌های عصبی جدید ادامه می‌دهند. یکی از اولین تحقیقاتی که برای بررسی این موضوع در انسان انجام شد در سال ۱۹۸۸ بر روی مغز بیماران سرطانی بود که در طی فرآیند درمانی خود یک ترکیب شیمیایی به نام بروموداکسی یوریدین یا BrdU (bromodeoxyuridine) دریافت کرده بودند. BrdU به یکی از واحد‌های سازنده DNA شباهت دارد و می‌تواند در هنگام تقسیم سلولی وارد DNA سلول جدید شود. به این ترتیب اگر تولید سلول عصبی جدید در انسان بالغ هم‌چنان ادامه داشته باشد باید بتوان سلول‌های حاوی BrdU را در مغز افراد پیدا کرد. نتایج این تحقیقات نشان داد که در ناحیه خاصی از هیپوکمپوس بنام Dentate Gyrus سلول‌های حاوی BrdU وجود داشتند و در نتیجه احتمالا انسان‌ها نیز توانایی تولید سلول‌های عصبی جدید را در تمام طول زندگی حفظ می‌کنند. اما سوالی که هم‌چنان باقی می‌ماند این بود که چه تعداد سلول در دوران بزرگسالی تولید می‌شوند و آیا به اندازه‌ای هستند که تاثیر قابل توجهی بر روی عملکرد مغز داشته باشند؟
یک گروه تحقیقاتی از اروپا و آمریکا در سال ۲۰۱۳ از ایده جالبی برای پاسخ به این سوال استفاده کردند. آن‌ها از طریق اندازه‌گیری میزان کربن-۱۴ در مغز تلاش کردند سن سلول‌های عصبی در مغز را تخمین بزنند. به دلیل آزمایش‌های بمب هسته‌ای که در بین سال های ۱۹۵۵ تا ۱۹۶۳ در طول جنگ سرد، صورت گرفت، میزان کربن-۱۴ یا همان رادیوکربن که یک ایزوتوپ پرتوزای کربن است، در اتمسفر افزایش یافت و بعد از ممنوعیت آزمایش‌های هسته‌ای در سال ۱۹۶۳، به دلیل استفاده گیاهان از کربن-۱۴،کم کم میزان رادیوکربن در اتمسفر کاهش پیدا کرد. کربن-۱۴ با اکسیژن واکنش می‌دهد و به صورت دی اکسید کربن در فرآیند فتوسنتز مورد استفاده گیاهان قرار می‌‌گیرد. با خوردن گیاهان و یا حیواناتی که از گیاهان تغذیه می‌کنند، کربن-۱۴ وارد بدن انسان شده و در نتیجه میزان رادیوکربن در بدن انسان با میزان آن در اتمسفر متناسب خواهد بود. وقتی سلولی در بدن انسان تقسیم می‌شود، کربن-۱۴ وارد DNA سلولِ تازه به وجود آمده می‌شود و میزان آن در سلول با میزانی که در اتمسفر وجود دارد متناسب خواهد بود. محققان در این پژوهش مدعی بودند که با استفاده از رادیوکربن در ژنوم سلول‌ها، توانستند تاریخ تولد سلول‌ها را با دقت خوبی تخمین بزنند.
این گروه تحقیقاتی نمونه های مغزی ۵۵ نفر را که بین سال‌های ۱۹۱۰ تا ۲۰۱۰ از دنیا رفته بودند و بین ۱۹ تا ۹۲ سال سن داشتند جمع آوری کردند، هیپوکمپوس مغز را به عنوان ناحیه ای که محل تولید سلول‌های عصبی جدید می‌باشد، جدا کردند و با استخراج هسته سلولی (قسمتی از سلول که حاوی ژنوم سلول است) میزان کربن-۱۴ در DNA سلول‌های هیپوکمپوس را با نوع خاصی از طیف سنجی جرمی(Mass spectrometry) اندازه گرفتند. نتایج به دست آمده از این تحقیقات باور نکردنی بود. بر اساس گزارشی که آن‌ها منتشر کردند، قسمت بزرگی از هیپوکمپوس مغز انسان، در حدود دو سوم سلول‌های عصبی در طول زندگی انسان با سلول‌های عصبی جدید عوض می‌شوند. آن‌ها تخمین زدند که در مغز انسانِ بالغ روزانه ۷۰۰ سلول عصبی جدید وارد هیپوکمپوس می‌شود. در نتیجه به طور متوسط سالانه ۱٫۷۵ درصد سلول‌های هیپوکمپوس با سلول‌های جدید عوض می‌شوند که این میزان با افزایش سن کاهش کمی را نشان می‌دهد. این نتایج به وضوح نشان میداد که تولید سلول‌های عصبی جدید در تمام دوره زندگی انسان‌ها ادامه پیدا میکند و میزان تولید سلول‌های جدید به اندازه‌ای هست که بتواند تاثیر چشم گیری بر روی عملکرد مغز داشته باشد.
با استفاده از رادیوکربنی که در طول جنگ سرد وارد ژنوم انسان شده بود، محققان توانستند سن سلوهای عصبی در هیپوکمپوس مغز را تخمین بزنند.
اگر تولید سلول‌های عصبی جدید در مقیاسی که این تحقیقات تخمین زده‌اند و به صورت مادام العمر ادامه داشته باشد این امید وجود خواهد داشت که از تولید سلول های جدید برای درمان بسیاری از بیماری‌ها از جمله آلزایمر و افسردگی بتوان استفاده کرد. اما تحقیقات جدیدی که اخیرا در مجله Nature منتشر شده، نشان می دهد که تولید سلول‌های عصبی جدید بعد از تکامل مغز کاهش شدیدی خواهد داشت و در حد بسیار کمی در دوران بزرگسالی باقی خواهد ماند. پژوهشگران در این تحقیقات، نمونه‌های مغزی ۵۹ نفر که از دنیا رفته بودند و یا بخشی از بافت مغزی شان برای درمان صرع استخراج شده بود را در طول پنج سال جمع‌آوری کردند. رده سنی مورد استفاده در این تحقیق از قبل از تولد تا سن ۷۷ سالگی را شامل می‌شد. آن‌ها با استفاده از آنتی‌بادی های فلورسنتی (fluorescent) که پروتئین‌های مختص به مرحله خاصی از تکامل سلولی را در سلول‌های عصبی شناسایی می‌کردند، تلاش کردند سلول های عصبی جدید را در هیپوکمپوس انسان و میمون بالغ پیدا کنند.
آن ها همچنین نمونه های مغزی در سن‌های متفاوت را با استفاده از میکروسکوپ الکترونی که به آن‌ها اجازه میداد سلول‌های عصبی جدید در هیپوکمپوس را بر اساس شکل سلولی‌اشان پیدا کنند، بررسی کردند. بر اساس این تحقیقات تعداد زیادی سلول بنیادی(stem cell) و سلول‌های پیش‌ساز در بدو تولد در مغز انسان وجود دارد اما همه این سلول‌ها به تولید سلول‌های عصبی جدید ادامه نمی‌دهند و در بین سن ۱ تا ۷ سالگی تولید سلول‌های جدید ۲۳ برابر کاهش پیدا میکند. بر اساس این تحقیقات در بزرگسالی تولید سلول‌های عصبی جدید تقریبا متوقف می‌شود یا به عبارتی سلول‌های عصبی جدیدی که در بزرگسالی تولید می‌شوند کمتر از آن هستند که بتوانند تاثیر قابل توجهی بر روی عملکرد مغز داشته باشد.
با استفاده از آنتی‌بادی‌های فلورسنت، سلول‌های عصبی جدید (سلول‌های سبز) در بافت مغزی نوزاد تازه به دنیا آمده (قسمت بالایی عکس) مشاهده شدند اما در بافت مغزی یک فرد ۳۵ ساله (قسمت پایینی عکس) یافت نشدند.
اما کدام یک از این تحقیقات درست می‌گویند؟ محقق ارشد این تحقیقات اخیر معتقد است تخمین سن سلول‌ها با استفاده از رادیوکربن که در پژوهش قبلی مورد استفاده قرار گرفته روشی غیر دقیق بوده، پیش‌فرض‌های زیادی نیاز داشته و احتمال خطا در آن بالا بوده است. اما برعکس، دکتر فریزن سرپرست گروه تحقیقاتی رادیوکربن معتقد است پیش‌زمینه فلورسنت بالا در بافت‌های عصبی می‌تواند در شناسایی کردن سلول‌های عصبی جدید از طریق آنتی‌بادی اختلال ایجاد کند و در نتیجه استفاده از آنتی‌بادی روش درستی برای یافتن سلول‌های تازه به دنیا آمده نیست. به نظر می‌رسد دعوای بین پژوهشگران هم‌چنان ادامه دارد و راز تقسیم سلول‌های عصبی هم‌چنان یک راز می‌ماند.
منبع: http://bigbangpage.com
برشی از هیپوکمپوس مغز، هسته‌های سلولی به رنگ قرمز، آکسون‌ها در نورون‌ها به رنگ آبی و سلول‌های گلیال (سلول‌های پشتیبان سیستم عصبی) به رنگ سبز نشان داده شده‌اند.
به گزارش بیگ بنگ، بیشتر محققان معتقدند در بسیاری از نواحی مغز انسان، تولید سلول های جدید تنها در یک دوره خاصی از تکامل مغز اتفاق می افتد و سپس متوقف می‌شود. در مغز موش ها سلول های پیش‌ساز در ناحیه خاصی از هیپوکمپوس مشاهده شده‌اند که بعد از تولد و حتی در بزرگسالی به تولید سلول‌های عصبی جدید ادامه می‌دهند. یکی از اولین تحقیقاتی که برای بررسی این موضوع در انسان انجام شد در سال ۱۹۸۸ بر روی مغز بیماران سرطانی بود که در طی فرآیند درمانی خود یک ترکیب شیمیایی به نام بروموداکسی یوریدین یا BrdU (bromodeoxyuridine) دریافت کرده بودند. BrdU به یکی از واحد‌های سازنده DNA شباهت دارد و می‌تواند در هنگام تقسیم سلولی وارد DNA سلول جدید شود. به این ترتیب اگر تولید سلول عصبی جدید در انسان بالغ هم‌چنان ادامه داشته باشد باید بتوان سلول‌های حاوی BrdU را در مغز افراد پیدا کرد. نتایج این تحقیقات نشان داد که در ناحیه خاصی از هیپوکمپوس بنام Dentate Gyrus سلول‌های حاوی BrdU وجود داشتند و در نتیجه احتمالا انسان‌ها نیز توانایی تولید سلول‌های عصبی جدید را در تمام طول زندگی حفظ می‌کنند. اما سوالی که هم‌چنان باقی می‌ماند این بود که چه تعداد سلول در دوران بزرگسالی تولید می‌شوند و آیا به اندازه‌ای هستند که تاثیر قابل توجهی بر روی عملکرد مغز داشته باشند؟
یک گروه تحقیقاتی از اروپا و آمریکا در سال ۲۰۱۳ از ایده جالبی برای پاسخ به این سوال استفاده کردند. آن‌ها از طریق اندازه‌گیری میزان کربن-۱۴ در مغز تلاش کردند سن سلول‌های عصبی در مغز را تخمین بزنند. به دلیل آزمایش‌های بمب هسته‌ای که در بین سال های ۱۹۵۵ تا ۱۹۶۳ در طول جنگ سرد، صورت گرفت، میزان کربن-۱۴ یا همان رادیوکربن که یک ایزوتوپ پرتوزای کربن است، در اتمسفر افزایش یافت و بعد از ممنوعیت آزمایش‌های هسته‌ای در سال ۱۹۶۳، به دلیل استفاده گیاهان از کربن-۱۴،کم کم میزان رادیوکربن در اتمسفر کاهش پیدا کرد. کربن-۱۴ با اکسیژن واکنش می‌دهد و به صورت دی اکسید کربن در فرآیند فتوسنتز مورد استفاده گیاهان قرار می‌‌گیرد. با خوردن گیاهان و یا حیواناتی که از گیاهان تغذیه می‌کنند، کربن-۱۴ وارد بدن انسان شده و در نتیجه میزان رادیوکربن در بدن انسان با میزان آن در اتمسفر متناسب خواهد بود. وقتی سلولی در بدن انسان تقسیم می‌شود، کربن-۱۴ وارد DNA سلولِ تازه به وجود آمده می‌شود و میزان آن در سلول با میزانی که در اتمسفر وجود دارد متناسب خواهد بود. محققان در این پژوهش مدعی بودند که با استفاده از رادیوکربن در ژنوم سلول‌ها، توانستند تاریخ تولد سلول‌ها را با دقت خوبی تخمین بزنند.
این گروه تحقیقاتی نمونه های مغزی ۵۵ نفر را که بین سال‌های ۱۹۱۰ تا ۲۰۱۰ از دنیا رفته بودند و بین ۱۹ تا ۹۲ سال سن داشتند جمع آوری کردند، هیپوکمپوس مغز را به عنوان ناحیه ای که محل تولید سلول‌های عصبی جدید می‌باشد، جدا کردند و با استخراج هسته سلولی (قسمتی از سلول که حاوی ژنوم سلول است) میزان کربن-۱۴ در DNA سلول‌های هیپوکمپوس را با نوع خاصی از طیف سنجی جرمی(Mass spectrometry) اندازه گرفتند. نتایج به دست آمده از این تحقیقات باور نکردنی بود. بر اساس گزارشی که آن‌ها منتشر کردند، قسمت بزرگی از هیپوکمپوس مغز انسان، در حدود دو سوم سلول‌های عصبی در طول زندگی انسان با سلول‌های عصبی جدید عوض می‌شوند. آن‌ها تخمین زدند که در مغز انسانِ بالغ روزانه ۷۰۰ سلول عصبی جدید وارد هیپوکمپوس می‌شود. در نتیجه به طور متوسط سالانه ۱٫۷۵ درصد سلول‌های هیپوکمپوس با سلول‌های جدید عوض می‌شوند که این میزان با افزایش سن کاهش کمی را نشان می‌دهد. این نتایج به وضوح نشان میداد که تولید سلول‌های عصبی جدید در تمام دوره زندگی انسان‌ها ادامه پیدا میکند و میزان تولید سلول‌های جدید به اندازه‌ای هست که بتواند تاثیر چشم گیری بر روی عملکرد مغز داشته باشد.
با استفاده از رادیوکربنی که در طول جنگ سرد وارد ژنوم انسان شده بود، محققان توانستند سن سلوهای عصبی در هیپوکمپوس مغز را تخمین بزنند.
اگر تولید سلول‌های عصبی جدید در مقیاسی که این تحقیقات تخمین زده‌اند و به صورت مادام العمر ادامه داشته باشد این امید وجود خواهد داشت که از تولید سلول های جدید برای درمان بسیاری از بیماری‌ها از جمله آلزایمر و افسردگی بتوان استفاده کرد. اما تحقیقات جدیدی که اخیرا در مجله Nature منتشر شده، نشان می دهد که تولید سلول‌های عصبی جدید بعد از تکامل مغز کاهش شدیدی خواهد داشت و در حد بسیار کمی در دوران بزرگسالی باقی خواهد ماند. پژوهشگران در این تحقیقات، نمونه‌های مغزی ۵۹ نفر که از دنیا رفته بودند و یا بخشی از بافت مغزی شان برای درمان صرع استخراج شده بود را در طول پنج سال جمع‌آوری کردند. رده سنی مورد استفاده در این تحقیق از قبل از تولد تا سن ۷۷ سالگی را شامل می‌شد. آن‌ها با استفاده از آنتی‌بادی های فلورسنتی (fluorescent) که پروتئین‌های مختص به مرحله خاصی از تکامل سلولی را در سلول‌های عصبی شناسایی می‌کردند، تلاش کردند سلول های عصبی جدید را در هیپوکمپوس انسان و میمون بالغ پیدا کنند.
آن ها همچنین نمونه های مغزی در سن‌های متفاوت را با استفاده از میکروسکوپ الکترونی که به آن‌ها اجازه میداد سلول‌های عصبی جدید در هیپوکمپوس را بر اساس شکل سلولی‌اشان پیدا کنند، بررسی کردند. بر اساس این تحقیقات تعداد زیادی سلول بنیادی(stem cell) و سلول‌های پیش‌ساز در بدو تولد در مغز انسان وجود دارد اما همه این سلول‌ها به تولید سلول‌های عصبی جدید ادامه نمی‌دهند و در بین سن ۱ تا ۷ سالگی تولید سلول‌های جدید ۲۳ برابر کاهش پیدا میکند. بر اساس این تحقیقات در بزرگسالی تولید سلول‌های عصبی جدید تقریبا متوقف می‌شود یا به عبارتی سلول‌های عصبی جدیدی که در بزرگسالی تولید می‌شوند کمتر از آن هستند که بتوانند تاثیر قابل توجهی بر روی عملکرد مغز داشته باشد.
با استفاده از آنتی‌بادی‌های فلورسنت، سلول‌های عصبی جدید (سلول‌های سبز) در بافت مغزی نوزاد تازه به دنیا آمده (قسمت بالایی عکس) مشاهده شدند اما در بافت مغزی یک فرد ۳۵ ساله (قسمت پایینی عکس) یافت نشدند.
اما کدام یک از این تحقیقات درست می‌گویند؟ محقق ارشد این تحقیقات اخیر معتقد است تخمین سن سلول‌ها با استفاده از رادیوکربن که در پژوهش قبلی مورد استفاده قرار گرفته روشی غیر دقیق بوده، پیش‌فرض‌های زیادی نیاز داشته و احتمال خطا در آن بالا بوده است. اما برعکس، دکتر فریزن سرپرست گروه تحقیقاتی رادیوکربن معتقد است پیش‌زمینه فلورسنت بالا در بافت‌های عصبی می‌تواند در شناسایی کردن سلول‌های عصبی جدید از طریق آنتی‌بادی اختلال ایجاد کند و در نتیجه استفاده از آنتی‌بادی روش درستی برای یافتن سلول‌های تازه به دنیا آمده نیست. به نظر می‌رسد دعوای بین پژوهشگران هم‌چنان ادامه دارد و راز تقسیم سلول‌های عصبی هم‌چنان یک راز می‌ماند.
منبع: http://bigbangpage.com
