Penyelidikan Neuroscientist membantu mencungkil bagaimana otak manusia boleh membuat sel baru

Penyelidikan Neuroscientist membantu mencungkil bagaimana otak manusia boleh membuat sel baru

Apabila Fred 'Rusty' Gage memulakan kerjayanya dalam bidang neurosains lebih empat dekad yang lalu, pemikiran umum ialah sel-sel otak manusia dewasa tidak membiak dan bilangannya tetap. Anda kehilangan mereka, mereka pergi selama-lamanya. Tetapi kajian Gage mengenai sel otak manusia dewasa pada tahun 1990-an mengejutkan semua orang, termasuk dirinya sendiri, apabila dia dan rakan sekerjanya mendapati bahawa senaman - seperti berlari - dan persekitaran yang diperkaya, kompleks dan berubah-ubah boleh menimbulkan populasi sel baru yang berfungsi dengan baik untuk otak. . Dia telah menjadi pelari yang serius sepanjang hidupnya, jadi ini adalah berita baik di setiap peringkat.

Kini berusia 70 tahun dan presiden Institut Sains Biologi Salk di kejiranan La Jolla di San Diego, Gage masih cuba memikirkan cara orang dewasa boleh terus membuat sel otak baharu dan memastikan otak mereka lebih sihat dan tahan terhadap penyakit. Sebagai ketua institut, beliau juga menyokong kerja rakan-rakannya yang lebih luas dalam pendekatan baru untuk merawat kanser, bagaimana sifat dalam makanan yang kita makan membentuk otak kita, kesan pengasingan terhadap fungsi otak, dan biologi tumbuhan dan perubahan iklim.

The Washington Post bercakap dengan Gage dalam panggilan persidangan video baru-baru ini untuk bercakap tentang membesar di luar negara, termasuk di Frankfurt, Jerman, dan Rom; mengasah minatnya dalam pelbagai makmal; dan memberi tikus roda berjalan di dalam sangkar mereka yang mencetuskan penemuan penting dalam memahami pertumbuhan neuron dalam otak

Cerita Iklan bersambung di bawah iklan

S:Bagaimanakah anda mula berminat dalam sains saraf?

KEPADA:Ia adalah pertemuan kebetulan [di dalam bas di Florida] dengan seseorang yang saya kenali di Frankfurt. Dia bekerja di makmal Robert Isaacson, seorang ahli psikologi yang meletakkan asas fisiologi struktur otak yang dipanggil hippocampus. [Hipocampus adalah penting dalam memindahkan ingatan jangka pendek ke dalam simpanan jangka panjang.] Isaacson sedang mengkaji epilepsi. Rakan saya mendesak saya untuk memohon kerja musim panas. Saya berumur 18 tahun, dan saya tinggal di makmal selama 3½ tahun. . . . .

[Selepas belajar sains di kolej] Saya kemudian memohon program siswazah di Universiti Johns Hopkins untuk belajar dengan Dave Olton, yang melakukan kerja PhD dengan Bob Isaacson. Di makmal mereka, kami membuat lesi [atau luka] pada otak tikus untuk mengkaji asas anatomi ingatan spatial. Kami akan memotong satu bahagian otak dan melihat bagaimana ia mengubah tingkah laku haiwan itu. Kemudian, kami akan mengikuti proses pemulihan. Ia adalah tempat yang menakjubkan untuk mempelajari sains saraf.

Cerita Iklan bersambung di bawah iklan

Selepas saya menamatkan pengajian kedoktoran saya, saya menuju ke Texas Christian University sebagai pengarah bersekutu program neurosains baharu. Kami berminat untuk bercambah - bagaimana gentian saraf boleh tumbuh semula - dalam hippocampus selepas kecederaan dan menentukan sama ada ini bertanggungjawab untuk pemulihan tingkah laku. Kami mendapati tahap zink yang tinggi dalam hippocampus, dan kami mula mengikuti jejak yang membawa kami kepada faktor pertumbuhan yang terlibat dalam perkembangan otak. [Faktor pertumbuhan melakukan apa yang ditunjukkan oleh namanya: mereka mengawal selia beberapa peristiwa selular.]

Saya ingin mengetahui lebih lanjut tentang faktor pertumbuhan dan menyertai makmal Anders Bjorklund di Universiti Lund di Sweden. Dia mendapati bahawa percambahan, pertumbuhan cawangan saraf, berlaku apabila otak cedera. . . . Saya belajar tentang pemindahan saraf dan teknik untuk menghantar sel ke dalam otak haiwan. Kami berminat dengan faktor pertumbuhan saraf dan tertanya-tanya sama ada faktor ini adalah punca pertumbuhan baru ini yang kami perhatikan dalam otak haiwan yang kami kaji.

S:Bagaimanakah anda mula menguji idea anda?

Cerita Iklan bersambung di bawah iklan

KEPADA:Saya berpindah ke Universiti California di San Diego pada tahun 1985. Makmal saya mula mengusahakan virus kejuruteraan untuk memasukkan faktor pertumbuhan saraf dalam sel untuk dipindahkan ke dalam otak dan seterusnya menyumbang kepada membina pakej virus selamat pertama untuk menghantar gen ke otak. Kami juga mengambil fibroblas kulit, yang diketahui membahagi dan membesar, dan faktor pertumbuhan saraf yang berlebihan dan kemudian memasukkannya ke dalam hippocampus. Kami mendapati bahawa apabila kami meletakkan sel yang menyatakan faktor pertumbuhan tertentu dalam hidangan dengan sel progenitor saraf, mereka membesar seperti gila. Ini membawa kepada usaha yang panjang untuk mempelajari cara sel progenitor membahagi dan bertahan di dalam otak.

Pada tahun 1994, penemu bersama DNA Francis Crick mengetuai Institut Salk, di seberang jalan dari UCSD, dan dia menjemput saya untuk menyertai Salk. Penerangan kerja adalah mudah: dia berkata saya boleh melakukan apa sahaja yang saya mahu. . . . Makmal baharu saya bereksperimen dengan molekul sintetik yang dipanggil BrdU, yang masuk ke dalam DNA sel apabila ia membahagikan. Ia digunakan untuk menandakan sel otak yang membahagikan. Kami mereka bentuk eksperimen untuk melihat sama ada BrdU masuk ke dalam neuron yang menjalani pembahagian sel. Kami mendapati bahawa molekul itu telah masuk ke dalam neuron dalam otak tikus dewasa, dan ini adalah alat yang hebat untuk kami dan orang lain untuk mengenal pasti kelahiran neuron baru dalam otak yang lebih tua.

Sementara itu, saya dan rakan sekerja sibuk mengkaji kelahiran neuron baru, yang dipanggil neurogenesis, pada tikus dewasa. Kami mula-mula menemui peningkatan neurogenesis dengan pendedahan kepada persekitaran yang diperkaya yang mengandungi roda larian dan kami kagum, tetapi kemudian kami tertanya-tanya sama ada roda larian sahaja atau persekitaran yang diperkaya tanpa roda larian boleh meningkatkan neurogenesis. Kami mengambil roda larian dan menambah mainan kecil ke sangkar. Kami lebih kagum bahawa kedua-dua keadaan meningkatkan neurogenesis dengan cara yang berbeza. Makmal kami dan yang lain telah mereplikasi eksperimen ini dengan pelbagai item: terowong dan tiub, bongkah, bola, jaringan dawai, tiang, benar-benar apa sahaja yang mereka boleh panjat dan masuk.

Cerita Iklan bersambung di bawah iklan

Tikus yang menghabiskan masa berlari dan bermain menunjukkan bukti neurogenesis di kawasan otak yang dipanggil dentate gyrus of the hippocampus. [Gyrus dentate adalah penting dalam mengambil pengalaman kita dan mengubahnya menjadi kenangan.]

S:Bagaimanakah penemuan ini membawa kepada kerja anda pada manusia?

KEPADA:Matlamat kami adalah untuk melihat sama ada neurogenesis juga berlaku pada manusia. Kami menggunakan BrdU yang dilekatkan pada antibodi pendarfluor untuk menandakan mana-mana neuron pembahagi, jika ia ada di sana. Rakan sekerja dari Eropah mempunyai akses kepada tisu segar bedah siasat daripada pesakit kanser yang telah disuntik dengan BrdU untuk mengesan tumor otak sebelum mereka meninggal dunia. Pada awal tahun 1997, kami menjalankan kajian mengenai tisu bedah siasat dan kami dapat melihat sel yang ditag dengan BrdU. Ini membuktikan terdapat pembahagian sel muda dalam gyrus dentate hippocampus yang telah menjadi neuron matang. Kami terus melakukan kajian lain untuk membuktikan bahawa hippocampus manusia mengekalkan keupayaannya untuk menjana neuron sepanjang hayat.

Cerita Iklan bersambung di bawah iklan

Tahun lepas, dua kajian telah diterbitkan menunjukkan bahawa masih terdapat neurogenesis dalam hippocampus pada orang yang lebih tua dan mereka yang meninggal dunia dengan penyakit Alzheimer.

Hari ini, penemuan kami dan kerja ramai, ramai lagi telah membawa syarikat farmaseutikal untuk membangunkan ubat yang menyasarkan neurogenesis.

S:Anda juga berminat dengan kimia makanan dan tingkah laku pada jangka hayat?

KEPADA:ya. Kami tahu bahawa neurogenesis meningkatkan fungsi kognitif dan kami ingin mencari produk semula jadi dalam diet kami yang juga meningkatkan kelahiran neuron baru dalam otak dewasa. Kami mendapat pembiayaan daripada cabang penyelidikan Syarikat Mars — Hab Sains Mars Edge Cocoa Flavanol — untuk mengkaji kimia makanan dan kesan pilihan hidup kita dan tingkah laku kita pada otak kita, dan untuk melihat pelbagai flavonoid yang boleh memberi kesan pada neurogenesis. Kami juga sedang mengkaji kesan diet pada keradangan, yang nampaknya menghalang kesihatan vaskular dan neurogenesis. Kami ingin menentukan sama ada makanan yang kami makan mempengaruhi proses keradangan.

Cerita Iklan bersambung di bawah iklan

S:Adakah anda telah menemui apa-apa lagi?

KEPADA:Ya, kami mendapati bahawa unsur-unsur tertentu dalam tumbuhan tertentu yang kita makan mengandungi flavon, iaitu molekul kecil yang digunakan oleh tumbuhan untuk melindungi lapisan sel luarnya daripada cahaya berlebihan; mereka boleh mempunyai kesan anti-radang yang luar biasa pada mamalia, termasuk manusia.

Sejak kami bekerja dengan tumbuhan dan makanan, saya dan isteri telah mengubah suai pemakanan kami. Kami biasanya makan lebih sedikit, dan memilih lebih banyak sayur-sayuran dan ikan berbanding daging merah, makanan yang diproses dan gula. Saya sentiasa menjadi pelari, tetapi penemuan kami mengenai neurogenesis dan senaman terus memberi inspirasi kepada larian saya. Selain berlari setiap hari, kami juga berjalan jauh dan kekal aktif.

Pergi tidur! Penyelidik otak memberi amaran bahawa kekurangan tidur adalah krisis kesihatan awam.

Strategi gaya hidup untuk memastikan otak sihat, yang juga mungkin menolak permulaan demensia

Aktiviti otak yang berlebihan - sekurang-kurangnya pada tahap sel otak - dikaitkan dengan kehidupan yang lebih pendek, kata kajian