hermosolut

Vaikka suuri osa soluistamme uusiutuu koko ajan, tulemme koko ajan vanhemmiksi ja kehomme ikääntyy. Uudet solut, jotka korvaavat vanhempia soluja, eivät ole enää yhtä hyviä ja organisoituja.

Jos keksisimme keinon, millä uudet solut voisivat olla yhtä tuoreita kuin alkuperäiset, olisi käsissämme nuoruuden eliksiiri. 

Ihan tätä ei ole nytkään löydetty, mutta Jerome Mertens työryhmineen Massachusettsin teknillisen instituutin MIT:n biologiaan erikoistuneesta Salk-instituutista on kehittänyt tavan muuttaa tavallisia ihosoluja hermosoluviljelmiksi laboratorio-olosuhteissa. 

Mertensin johtama ryhmän artikkeli tutkimuksesta on tuoreessa Cell Stem Cell -julkaisussa ja siitä kerrottiin mm. MIT:n tiedotteessa.

Nuorempia ja parempia soluja

Aiemmin hieman vastaavaa on tehty kantasoluista, mutta tuloksena on ollut alkioiden hermosoluja vastaavia soluja. Nyt kyse on “aikuisen” ihmisen soluista, ja siten tässä voisi olla tapa millä solujen ikääntymistä voitaisiin ellei nyt kääntää nuortumiseksi, niin ainakin hillitä.

Kantasolujen avulla vastaus ikääntymiseen on ollut siis kellon kääntäminen nollaan, mutta nyt Mertens on onnistunut muuntamaan soluja toisenlaisiksi ilman, että niiden “ikä” on muuttunut. Tämä muuntotekniikka kehitettiin alun perin Stanfordin yliopistossa, mutta Mertensin ryhmä onnistui käyttämään sitä nyt ihon solujen muuntamiseen hermosoluiksi.

Tässä onkin oikeastaan tutkimuksen kiinnostavin puoli: vaikka ikäasia onkin raflaava, on solujen muuntaminen toisenlaiseksi, samanikäisiksi ja toimiviksi soluiksi tärkeämpää. Etenkin se, että tuoreita, terveitä hermosoluja voitaisiin tehdä vaikkapa ikääntymisen myötä tulevien sairauksien hoitoon.

Muun muassa ALS-potilaan ja Alzheimerin taudista kärsiville tästä tutkimuksesta saattaa poikia uutta toivoa.

Jotta tutkijat olisivat voineet olla varmoja siitä, että uudet solut vastasivat alkuperäisen “ikää”, he keräsivät ihosoluja 19 vapaaehtoiselta, joiden iät olivat lapsista 89-vuotiaiksi. Näistä näytteistä tehtyjä hermosoluja verrattiin näytteisiin, jotka saatiin ruumiinavausten yhteydessä samanikäisiltä kuolleilta ihmisiltä.

Tehdyt solut olivat vastaavanlaisia ja toimivat normaalisti: ne välittivät signaaleja yhtä hyvin kuin vastaavan ikäisten terveiden ihmisten solut.

Hermosolujen lisäksi tekniikkaa voidaan periaatteessa käyttää muidenkin solujen valmistamiseen, joten esimerkiksi sisäelimiin voidaan kenties piankin saada lisää soluja. Niinpä esimerkiksi munuais- ja maksasairauksia voidaan mahdollisesti hoitaa pian ihosta saatavia soluja viljelemällä laboratoriossa.

Vanha kansa sanoi, että nukkuminen on kuin laittaisi rahaa pankkiin. Ja tapansa mukaan vanha kansa oli aika lailla oikeassa. Univaje on nimittäin myrkkyä aivoille.

Pennsylvanian yliopistossa tutkittiin apulaisprofessori Sigrid Veaseyn johdolla hiirien aivoissa tapahtuvia muutoksia, kun niitä pidettiin hereillä. Tuloksena oli, että pitkään jatkuessaan liian lyhyet unijaksot aiheuttivat aivosolujen tuhoutumista.

Hiirien keinotekoisella unirytmillä jäljiteltiin yövuorossa työskentelevien ihmisten tilannetta: kolme päivää kestävän ”yötyöjakson” aikana hiiret saivat nukkua ainoastaan 4–5 tuntia vuorokaudessa. Se riitti aiheuttamaan aivoissa pysyviä vaurioita.

Vahinkoa syntyi erityisesti aivojen valppautta ylläpitävissä sekä kognitiivisiin kykyihin liittyvissä soluissa, joita on aivorungon ”sinertävässä aivotäplässä” (Locus caeruleus). Sen tuottama noradrenaliini vaikuttaa aivokuoren reaktiokykyyn.

Alkuun hiirien univajeesta oli seurauksena, että niiden aivojen hermosolut alkoivat tuottaa enemmän SirT3-proteiinia, joka antaa soluille energiaa ja suojaa niiden aineenvaihduntaa vaurioilta. Kun univajetta kertyi enemmän ja pätkittäinen nukkuminen jatkui, proteiinin tuotanto lakkasi. Muutaman päivän kuluessa hermosoluja alkoi kuolla kiihtyvällä tahdilla. Jopa 25 prosenttia Locus caeruleuksen soluista tuhoutui.

Hiirillä ja ihmisillä on toki eroja, mutta jos nyt tehty tutkimus antaa osviittaa myös ihmisaivojen reagoinnista univajeeseen, univelkaa on turha yrittää kuitata nukkumalla esimerkiksi viikonloppuisin pidempään: vahinko on ehtinyt jo tapahtua.

"Aikaisemmin on yleisesti oletettu, että kognitiiviset kyvyt palautuvat sekä lyhyt- että pitkäaikaisen univajeen jäljiltä", Veasey toteaa. "Joissakin tutkimuksissa on kuitenkin todettu, että esimerkiksi keskittymiskyky ei kuitenkaan palaa ennalleen, vaikka nukkuisi kolmen vuorokauden ajan kunnon yöunet. Halusimme selvittää, aiheuttaako krooninen univaje vaurioita hermosoluissa ja millaisia vauriot ovat. Kukaan ei ollut kuvitellut, että univaje voi vahingoittaa aivoja pysyvästi."

Tutkijat arvelevat, että tulevaisuudessa saattaa olla mahdollista kehittää SirT3-proteiiniin perustuva lääkeaine, jolla univajeesta aiheutuvat vauriot voidaan estää. Samalla pystytään kenties vaikuttamaan myöhemmällä iällä esiintyviin sairauksiin, kuten Alzheimerin ja Parkinsonin tauteihin, jotka liittyvät aivojen rappeutumiseen. Aivorungon hermosolujen tuhoutuminen ei varsinaisesti aiheuta näitä tauteja, mutta se saattaa nopeuttaa niiden etenemistä.

Keskushermoston vaurioituminen joko onnettomuudessa tai sairauden seurauksena voi johtaa pysyvään halvaantumiseen. Tutkijat ovat nyt kehittäneet menetelmän, joka – ainakin hiirellä – palauttaa lihaksen toimintakyvyn. Oleellisena elementtinä on valo.

Jo Luigi Galvanin 1700-luvulla tekemistä uraauurtavista kokeista lähtien on tiedetty, että sähköllä voidaan vaikuttaa lihasten toimintaan. Se on luonnollista, sillä hermoimpulssit ovat sähköisiä. Keinotekoisten impulssien synnyttäminen sähkön avulla ei kuitenkaan ole kovin toimiva keino lihasten toimintakyvyn palauttamisessa, sillä ne saavat lihakset supistumaan liian voimakkaasti ja saattavat aiheuttaa kipua, jos tuntohermot ovat vielä toiminnassa.

Sähköä "lempeämpi" impulssien aiheuttaja on valo. Science-tiedelehdessä 4. huhtikuuta julkaistussa brittitutkimuksessa kantasoluihin siirrettiin levästä geenejä, jotka saivat solut tuottamaan valoherkkää proteiinia ChR2 (channelrhodopsin-2). Sen jälkeen soluihin lisättiin viestimolekyylejä, jotka saivat ne kehittymään hermosoluiksi. Tuloksena oli valoherkkiä hermosoluja.

Solut siirrettiin hiiren lonkkahermoon, joka kuljettaa hermosignaaleja selkäytimestä takajalkojen lihaksiin. Kun siirre muutaman viikon kuluttua oli kytkeytynyt hermoon, siihen johdettiin valokuidulla sinistä, aallonpituudeltaan 470 nanometrin valoa. Lyhyillä valopulsseilla halvaantunut lihas saatiin aktivoitumaan ja jalka liikkumaan.

Tehdyistä kokeista on pitkä matka halvaantuneiden potilaiden toimintakyvyn palauttamiseen, mutta tulokset ovat merkittävä askel optogenetiikan alalla. Siitä toivotaan parannuskeinoa moniin keskushermoston vaurioihin ja sairauksiin. Tutkijaryhmän seuraavana tavoitteena on kehittää menetelmää siten, että sen avulla saadaan palautettua hengityksessä tarvittava lihastoiminta. Koe-eläiminä hiiristä siirrytään sikoihin.

Englanninkielinen video menetelmän toimintaperiaatteesta löytyy täältä.