Neuronen zijn net als de oude soldaten, die "nooit sterven"

De hersenen, de grote onbekende van ons lichaam. De complexe structuur van de hersenen is de oorzaak dat studies over haar functioneren bemoeilijkt worden met als gevolg hevige beperkingen bij de ontdekking van nieuwe diagnostische technieken en behandelingen. Een situatie waardoor hersenen in onze samenleving uitgegroeid zijn tot het onderwerp van mythen, waarbij door de impact van bepaalde gewoonten en gebeurtenissen allerlei misvattingen verspreid als ook verwarringen gegenereerd worden. Dankzij het werk van wetenschappers krijgen we een steeds reëler beeld van de hersenen en dit artikel wil proberen een bijdrage te leveren aan het opheffen van een aantal mythes.

De ontdekker van de stamcellen in de hersenen

Jose Manuel Garcia-Verdugo, is een wereldberoemd wetenschapper vanwege de ontdekking van stamcellen in de hersenen. Dankzij de ontdekking en karakterisering van stamcellen in de hersenen, is het mogelijk om alternatieve strategieën te bedenken voor de behandeling van neurologische ziekten die vroeger ondenkbaar waren. Deze alternatieve strategieën omvatten mogelijkheden om bijvoorbeeld de capaciteit van autogeneratie van de hersenen te stimuleren of andere stamcellen afkomstig van andere bronnen te implanteren. Er zijn mogelijkheden in een niet al te verre toekomst, om een relatie te leggen tussen de stamcellen en de cellen die sterven aan veroudering of trauma, om afwijkingen te behandelen. Dit betekent misschien in de nabije toekomst een definitieve behandeling voor ziekten die momenteel geen effectieve behandeling hebben, zoals de neuro-degeneratieve ziekten van Parkinson en Alzheimer en ook andere vasculaire hersenletsels. Dr. Garcia stelt duidelijk dat "we kennen alleen een paar lettergrepen, en we moeten nog leren om ze samen te voegen, woorden te vormen om een dialoog met de cellen te kunnen bewerkstelligen."

Beschadigde neuronen regenereren zich door behandeling, dagelijkse oefeningen en nieuwe geneesmiddelen

Voorheen werd aangenomen dat er een einde aan het leven van de mens kwam door een beroerte of een soortgelijke aanval. De neurobiologie, een bijna onbekende wetenschap, vertelt ons dat dat niet zo is. Neuronen cultiveren zich, ze regenereren zich en leven ook op volwassene leeftijd. Tot in de vorige eeuw werd aangenomen dat mensen die verlamt raakten aan één zijde van het lichaam, veroorzaakt bijvoorbeeld door hersenletsel of een andere aanval, levenslang veroordeeld werden tot het lijden van het voortvloeiende verlies van neuronen. Voor altijd …

Toch bleek dat zoiets onjuist was en dat zowel bij volwassenen, als bij alle primaten en ratten, de geboorte van nieuwe neuronen mogelijk was vooral in het hippocampus, het hersengebied gewijd aan het geheugen. Neurobiologen van het Universitaire Ziekenhuis van Erlangen (Duitsland) bestudeerden 23 patiënten die leden aan ernstige epilepsie, waarvan elf een normaal geheugen hadden behouden en de overige twaalf een aanzienlijk verslechterd geheugen hadden. Deze patiënten ondergingen een behandeling, en door de ablatie (wegnemen van) van delen van de hersenen, waren de onderzoekers in staat om monsters van cellen te nemen genaamd "voorlopers" van de hippocampus en in vitro (glas) te kweken. Resultaat: de cellen van de elf patiënten met onbeschadigd geheugen hadden zich verspreid en werden massaal omgezet in nieuwe neuronen, waardoor een directe koppeling tussen het geheugen en de creatie van nieuwe neuronen gelegd kon worden.

De neurogenese

Je zou dus bijna kunnen zeggen dat neuronen net als de oude soldaten, "nooit sterven". Tenzij we ze laten sterven. Er is vandaag de dag altijd hoop voor mensen die aangevallen worden door het spook van Alzheimer, hemiplegie en epilepsie. Dit is ook bevestigd door wetenschappelijke studies uitgevoerd door onderzoekers van de Universiteit van Auckland, en de Sahlgrenska Academy of Goteborg die beamen dat het volwassen menselijk brein nieuwe neuronen produceert. De specifieke plek waar ze geregenereerd worden is in de bulbus olfactorius.
Dit verschijnsel, bekend onder de term neurogenese zet zich voort gedurende het hele leven in het centrale zenuwstelsel van de meeste zoogdieren, en is ontdekt dankzij het gebruik van meerdere instrumenten zoals de microscopie, de transmissie van elektronen en de afbeeldingen van magnetische resonantie van hoge resolutie.

De lichamelijke oefening, een reddingsboei in de oceaan van neuronen

De gunstige effecten van de lichamelijke oefening op de hersenfunctie zijn aangetoond bij ratten, gebruikt als proefdieren, en bij mensen. "Fysieke activiteit, wanneer deze aërobic en gedisciplineerd is, zal de hersenen baten" (Blog van professor Cristóbal Pera, 28 september 2009). Tijdens het laatste decennium is de belangstelling gericht op het vinden van welke mechanismen van fysieke activiteit de cognitieve hersenfuncties verbeteren. Professor Pera stelde zich dan ook de vraag wat er in je hersenen gebeurt als je gaat oefenen.

In een studie gepubliceerd in het tijdschrift "Cell Stem Cell" door een groep onderzoekers onder leiding van Fred H. Gage van het Salk Institute for Biological Studies, La Jolla, Californië, werden antwoorden gegeven op de vraag van de relatie van de moleculaire mechanismen tussen fysieke activiteit en een verbeterde werking van de hersenen. Dit onderzoek stelde hen in staat om te bevestigen dat neurale stamcellen, tot dusver in “rust” in de hippocampus van de volwassen hersenen geactiveerd werden door een verbetering van de cognitieve hersenfuncties geassocieerd met de fysieke oefening. Dit viel samen met de studies van Duitse wetenschappers van het Universitair Ziekenhuis Erlangen. Mensen hebben bij hun geboorte in hun hersenen reeds alle neuronen waarover zij kunnen beschikken gedurende hun hele leven. Het tempo van deze volwassen neurogenese wordt geregeld door de levensstijl van de persoon zelf, tot het punt wellicht dat deze levensstijl de structuur van de hersenen zelf kan modelleren. Vandaag de dag weten we dat in de hersenen van volwassen de neurale stamcellen in een "slaaptoestand" verkeren, zonder zich te verdelen, een toestand die is beschreven als "verdoving", vanwege de remmende werking in de neurogenese van de proteine BMP (bone morphogenetic protein), een cytokine die zich plaatst op de receptoren van de membraan van de stamcellen.

Het eiwit Noggin blokkeert niet de snelle vermenigvuldiging van stamcellen

Fred H. Gage en zijn groep hebben aangetoond dat het gunstige effect van regelmatige lichaamsbeweging op de cognitieve functies van de hersenen gestimuleerd wordt door het vrijkomen van een ander eiwit genaamd Noggin (NOG), dat als BMP antagonist acteert, omdat het niet de proliferatieve (snelle vermenigvuldiging) effecten op stamcellen blokkeert. In aanwezigheid van het NOG eiwit, worden de stamcellen, vrij van de remmende werking van BMP, "wakker" en beginnen zich te verdelen, en genereren nieuwe neuronen. Zo begint de neurogenese, met tussenpozen (intermittentie) gedurende het hele volwassen leven.

Deze intermittentie van de neurogenese lijkt het resultaat van een wankel evenwicht tussen de acties van beide eiwitten te zijn: terwijl het remmende signaal van het BMP eiwit de hersenen beschermt tegen een overmatige productie van nieuwe neuronen, heeft de antagonistische werking van het NOG eiwit, zonder de rem van het BMP eiwit, wellicht de neiging, voortijdig, de geringe beschikbare ruimte van stamcellen in de volwassenen hersenen op te maken.
Het is mogelijk dat het hier gaat om een evenwicht te vinden tussen fysieke inspanning, veroudering en de vorming van nieuwe neuronen, omdat de "gyrus cinguli" van de hippocampus, het hersengebied waar de meeste neurale stamcellen zijn, bijzonder kwetsbaar is voor achteruitgang door ouderdom.

Chemische substanties die de geboorte van nieuwe neuronen stimuleren

Wetenschappers aan de Universiteit van Texas Southwestern, VS, identificeerden de chemische substantie (P7C3) die de geboorte van nieuwe neuronen in de hersenen veroorzaakt en specifiek acteert in het gebied van de hersenen waar het leren en het geheugen zich accommoderen. Deze bevinding, meldde het tijdschrift "Cell Stem Cell", werd bereikt na het testen van 1.000 verschillende substanties in de hersenen van muizen. Dat gaf de hoop voor de ontwikkeling van nieuwe geneesmiddelen voor de ziekte van Alzheimer en andere vormen van dementie. Volgens de Texaanse onderzoeker Steven McKnight, "eigenlijk wisten de onderzoekers niet of deze tests zouden resulteren in een wel of niet bruikbare stof, maar ze hadden geluk. Het antwoord was:" Ja " Voor Andrew Pieper, een van de andere onderzoekers aan de universiteit, "we hadden weinig opties, maar we wisten dat als we iets zouden vinden dat we dan het bewijs zouden hebben dat deze substantie ook zou werken bij levende dieren."
McKnight en Pieper werden geïnspireerd om dit onderzoek uit te voeren door het feit dat de hersenen van zoogdieren nieuwe neuronen blijven introduceren in de volwassenheid. De vraag was of er enige manier was om de groei van deze cellen te stimuleren om voordelen voor het lichaam te bereiken.

Ontwikkeling van een ingewikkeld onderzoek

De onderzoekers hebben eerst acht verbindingen bij muizen getest die leken te helpen bij de vorming van neuronen, in een bepaald hersengebied genaamd Gyrus cinguli. Van deze acht chemische verbindingen werd gekozen voor de substantie P7C3, gebaseerd voornamelijk op de al bekende heilzame eigenschappen van het stofje. Om ervoor te zorgen dat het werkte, werden muizen getest die dragers waren van een mutatie die het bijna onmogelijk maakte om nieuwe neuronen te produceren in de belangrijke regio van de gyrus cinguli. Deze muizen waren slecht in het fabriceren van neuronen. De vraag was of er iets aan gedaan kon worden en het antwoord is " Ja ".

Het stofje P7C3

De P7C3 bereikte niet alleen de vorming van nieuwe neuronen, maar ook toonden de elektrofysiologische gegevens aan dat er door dit proces nieuw leven ingeblazen werd in de gyrus cinguli regio. "Zo hebben we het bewijs dat het mogelijk is om nieuwe neuronen te creëren, die werken", aldus McKnight. En langdurige behandeling met P7C3 bij oudere ratten slaagde er ook in om de geboorte van nieuwe neuronen te verhogen. Volgens Pieper, "oudere ratten experimenteren normaal gesproken een lagere neurogenese geassocieerd met een onvermogen om nieuwe herinneringen te vormen en nieuwe taken te leren." Ratten die dagelijks behandeld werden met P7C3 vertoonden tekenen van een toename in de vorming van nieuwe neuronen en aanzienlijke verbeteringen in hun vermogen om te zwemmen, een standaardtest voor het leren en het geheugen bij ratten.

Nieuwe neuronen moet een moeilijk en lange weg afleggen

De sleutel tot het succes van deze behandeling was vooral het beschermen van de nieuwe neuronen, zoals aangegeven werd door deze onderzoekers. Het normale proces waarbij nieuwe neuronen werden opgenomen in de hersenen als stamcellen is lang en riskant. "Na de geboorte van een nieuwe neuron duurt het circa twee tot vier weken voor dat deze een goed functionerende neuron wordt," aldus McKnight, die nog opmerkt dat "velen sterven op weg naar...". De P7C3 lijkt in principe betere kansen te geven aan pasgeboren neuronen. De onderzoekers merken tevens ook nog op dat twee andere verbindingen -dimebon en een verbinding van Serono, met een vergelijkbare structuur aan die van P7C3- ook bijgedragen tot nieuwe neuronen.

Zoals we zien, er is altijd hoop. Het is het laatste wat we moeten verliezen.