Οι επιστήμες του εγκεφάλου

Λίγο παλιότερο αλλά πολύ καλό ενημερωτικό φυλλάδιο της Βρετανικής Νευρολογικής Εταιρείας εγκεκριμένο από τον Διεθνή Οργανισμό Έρευνας Εγκεφάλου (IBRO), για την εκπαίδευση του κοινού, μεταφρασμένο στα Ελληνικά από :

• Dr Stella G. Giakoumaki, Dept of Psychiatry & Behavioural Sciences,Faculty of Medicine, University of Crete, Heraklion, Crete
• Dr Zeta Papadopoulou-Daifoti, Director of the Department of Pharmacology, Faculty of Medicine, University of Athens, Athens

ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ

• Front cover and contents

1. The Nervous System (pg2-3)
2. Neurons and the Action Potential (pg4-6)
3. Chemical Messengers (pg 7-8)
4. Drugs and the Brain (pg9-10)
5. Touch and Pain (pg11-13)
6. Vision (pg14-18)
7. Movement (pg19-21)
8. The Developing Nervous System (pg22-24)
9. Dyslexia (pg25-26)
10. Plasticity (pg27-29)
11. Learning and Memory (pg30-34) part 1, part 2
12. Stress (pg35-36)
13. The Immune System (pg37-38)
14. Sleep (pg39-40)
15. Brain Imaging (pg41-43)
16. Neural Networks & Artificial Brains (pg44-46)
17. When things go wrong (pg47-51)
18. Neuroethics (pg52-53)
19. Training and Careers (pg54-55)
20. Acknowledgements and Back cover

Το μικρόβιο που παρατείνει τη ζωή μας

Είναι δυνατόν ένα μικρόβιο να επιμηκύνει τη ζωή των θηλαστικών; Και όμως έτσι δείχνουν όλα τα πειράματα. Η χορήγησή του στον ανθρώπινο οργανισμό έχει υπολογιστεί ότι θα μας πρόσθετε περίπου δέκα χρόνια! Η αξιοποίησή του πρέπει ωστόσο να γίνει με απόλυτη προσοχή για να μη διαταράξει την ισορροπία του οργανισμού

ΘΕΟΔΩΡΑ ΤΣΩΛΗ Από  ΤΟ ΒΗΜΑ online-ΕΠΙΣΤΗΜΗ

Η ουσία ραπαμυκίνη, που από κάποιους χαρακτηρίστηκε «ελιξίριο της μακροζωίας», παράγεται από ένα μικρόβιο (Streptomyces hygroscopicus) που ζει στο έδαφος της Νήσου του Πάσχα, του εξωτικού αυτού μέρους του Νοτίου Ειρηνικού. Η ουσία πρωτοανακαλύφθηκε το 1964 από καναδούς ερευνητές. Οι επιστήμονες διέσχισαν τον Ειρηνικό και έφθασαν στη Νήσο του Πάσχα προκειμένου να μελετήσουν την υγεία ενός τόσο απομονωμένου πληθυσμού όσο αυτός που την κατοικεί. Κάτω από τη σκιά των περίφημων μονολιθικών αγαλμάτων που δεσπόζουν στο νησί συνέλεξαν βιολογικό υλικό για περαιτέρω εξέταση χωρίς να γνωρίζουν ότι ουσιαστικώς μέσα στο χώμα που θα έπαιρναν μαζί τους θα κρυβόταν το πολύτιμο φάρμακο. Και όμως έτσι τελικώς ανακλύφθηκε η ραπαμυκίνη! Η ουσία χρησιμοποιήθηκε αρχικώς ως αντιμυκητισιακός παράγοντας αλλά σύντομα φάνηκε η έντονη ανοσοκατασταλτική δράση της, με αποτέλεσμα να αποτελεί εδώ και πολλά χρόνια ένα άκρως χρήσιμο «εργαλείο» ενάντια στην απόρριψη μοσχευμάτων. Το όνομά της συνδέεται με την ονομασία Ράπα Νούι που δόθηκε στο νησί από τους πολυνήσιους αποίκους του, οι οποίοι εκτιμάται ότι έφθασαν σε αυτό τον 5ο αιώνα μ.Χ. (Ράπα σημαίνει μεγαλύτερο ενώ Νούι είναι ένα νησί της Ταϊτής).

«Παγώνει» τον χρόνο!

Πριν από μερικούς μήνες όμως και συγκεκριμένα τον περασμένο Ιούλιο ερευνητές τριών διαφορετικών αμερικανικών ινστιτούτων- Πανεπιστήμια του Τέξας και του Μίσιγκαν και Εργαστήριο Τζάκσον στο Μέιν- τράβηξαν επάνω τους το παγκόσμιο ενδιαφέρον καθώς με δημοσίευσή τους στην έγκριτη επιθεώρηση «Νature» παρουσίασαν μια άλλη πιθανή δράση της ραπαμυκίνης που αφορά το να «παγώνει» τον χρόνο. Οι επιστήμονες μελέτησαν την ουσία στο πλαίσιο ενός προγράμματος του Εθνικού Ινστιτούτου Παρεμβάσεων για τη Γήρανση των ΗΠΑ. Στόχος του προγράμματος είναι να δοκιμαστούν χημικά τα οποία θα μπορούσαν να επιμηκύνουν το προσδόκιμο ζωής πειραματοζώων και συγκεκριμένα ποντικών. Από «ακρόαση» περνούν και άλλες ουσίες όπως η ασπιρίνη, η ρεσβερατρόλη του κόκκινου κρασιού αλλά και η συμβαστατίνη.

Οι ερευνητές «έτρεξαν» παράλληλη μελέτη σε ηλικιωμένα ποντίκια και είδαν ότι η ραπαμυκίνη επιμήκυνε σημαντικά τη ζωή των ζώων. Στο πλαίσιο του πειράματος οι τρεις ομάδες μελέτησαν 2.000 ποντίκια τα οποία ήταν ηλικίας περίπου 600 ημερών- στον άνθρωπο η αντίστοιχη ηλικία είναι τα 60 έτη. Περίπου το ένα τέταρτο των ζώων ακολούθησε φυσιολογική διατροφή, ενώ τα υπόλοιπα λάμβαναν τροφή εμπλουτισμένη με ραπαμυκίνη.

Οπως προέκυψε, τα ζώα που λάμβαναν το φάρμακο μαζί με την τροφή τους έζησαν πολύ περισσότερο από τα υπόλοιπα. Συγκεκριμένα η διάρκεια ζωής των αρσενικών αυξήθηκε από 1.078 σε 1.179 ημέρες (28%) και των θηλυκών από 1.094 σε 1.245 ημέρες (ποσοστό της τάξεως του 38%). Με βάση αυτά τα στοιχεία που αφορούσαν την αύξηση του προσδόκιμου ζωής στις μεγάλες ηλικίες υπολογίστηκε ότι η μέση συνολική επιβίωση αυξάνεται κατά 9% στα αρσενικά ποντίκια και κατά 14% στα θηλυκά. Ενα τέτοιο ποσοστό θα μεταφραζόταν σε αύξηση του προσδόκιμου επιβίωσης του ανθρώπου κατά τουλάχιστον δέκα έτη.

«Ξανάνιωσαν» τα γέρικα ποντίκια

Αυτό που εξέπληξε τους ερευνητές ήταν ότι το φάρμακο φάνηκε να προσφέρει    “θαυματουργή” αντιγηραντική δράση, παρ΄ ότι η χορήγησή του ξεκίνησε όταν τα ζώα    βρίσκονταν σε προχωρημένη ηλικία. Μάλιστα, όπως συμβαίνει συχνά στην επιστήμη, η   συγκεκριμένη ανακάλυψη σχετικά με την ευεργετική επίδραση της ουσίας ακόμη και στις μεγάλες ηλικίες ήλθε εντελώς τυχαία. Οι ερευνητές κατάφεραν να δουν τη σημαντική αντιγηραντική επίδραση που είχε το φάρμακο στα ηλικιωμένα ζώα απλώς επειδή πάσχιζαν επί μακρόν να βρουν τη σωστή φόρμουλα χορήγησης της ουσίας, με αποτέλεσμα εν τω μεταξύ τα πειραματόζωα να γεράσουν!

Πώς συνέβη αυτό; Οταν τα ποντίκια ήταν ακόμη μικρά, οι επιστήμονες άρχισαν να προσθέτουν ραπαμυκίνη στην τροφή τους για να δουν αν θα υπήρχε αποτέλεσμα. Κατάλαβαν όμως γρήγορα ότι με την απλή προσθήκη της ουσίας στην τροφή δεν ήταν δυνατόν να επιτευχθεί η χορήγηση των σωστών δόσεων του φαρμάκου. Αρχισαν λοιπόν να αναζητούν τρόπους ανάπτυξης μιας ειδικής τροφής η οποία θα περιείχε συμπυκνωμένη ραπαμυκίνη που θα εκλυόταν σταδιακώς στο έντερο. Χρειάστηκε διάστημα μεγαλύτερο του ενός χρόνου για να δημιουργηθεί αυτή η ειδική τροφή με συνέπεια τα ποντίκια να φθάσουν σχεδόν στην… τρίτη ηλικία. Οι ερευνητές βρίσκονται αυτή τη στιγμή σε διαδικασία δεύτερης μελέτης, στην οποία χορηγούν ραπαμυκίνη σε ποντίκια ενώ αυτά είναι πολύ νεότερα (270 ημερών) προκειμένου να δουν ποια θα είναι η δράση της ουσίας όταν αυτή δοθεί σε μικρότερες ηλικίες. Τα πρώτα αποτελέσματα μαρτυρούν αύξηση της επιβίωσης και σε αυτές τις ηλικίες.

Σημειώνεται ότι πριν από τα πειράματα στα ποντίκια διεξήχθησαν άλλα πειράματα σε τρία είδη κατώτερων οργανισμών (μύκητες, νηματώδεις σκώληκες, δροσόφιλες), όπου και πάλι είχε φανεί η αντιγηραντική δράση της ουσίας. Η πρόσφατη μελέτη στα ποντίκια όμως θεωρήθηκε άκρως σημαντική καθώς ήταν η πρώτη φορά που φάνηκε ότι μια φαρμακολογική παρέμβαση μπορεί να βάλει «φρένο» στη διαδικασία της γήρανσης σε θηλαστικά. Ωστόσο τα θετικά αυτά αποτελέσματα δεν μεταφράζονται και σε άμεση ανάπτυξη ενός φαρμάκου που θα πολεμά τη γήρανση. Και αυτό διότι η ραπαμυκίνη είναι κατά βάση ένα ανοσοκατασταλτικό φάρμακο το οποίο συνδέεται με σοβαρές παρενέργειες και άρα στην υπάρχουσα μορφή του είναι πολύ επικίνδυνο για χρήση ως αντιγηραντική θεραπεία. Οι ερευνητές ανέφεραν πάντως στην επιστημονική επιθεώρηση «Νature» ότι τα ευρήματά τους θα μπορούσαν να ανοίξουν τον δρόμο για τη δημιουργία νέων φαρμάκων που θα έχουν μεν αντιγηραντική δράση, χωρίς όμως να επηρεάζουν το ανοσοποιητικό σύστημα. Εκτιμούν μάλιστα ότι οι πρώτες τέτοιου είδους θεραπείες θα μπορούσαν να κυκλοφορήσουν μέσα σε μια δεκαετία.

Η πρωτεΐνη -τροχονόμος
Ποιος είναι όμως ο τρόπος δράσης της ραπαμυκίνης που δείχνει να την αναδεικνύει σε «μαγικό φίλτρο» της νεότητας; Η ουσία πιστεύεται ότι παρεμβαίνει στο ίδιο μονοπάτι με εκείνο το οποίο στοχεύει ο θερμιδικός περιορισμός, μια τακτική που έχει φανεί από πειράματα σε ζώα ότι προσφέρει μακροζωία. Το επιτυγχάνει αυτό μέσω μιας κυτταρικής πρωτεΐνης που ονομάζεται mΤΟR (mammalian Τarget of Rapamycin) και η οποία έχει αποδειχθεί ότι παίζει μεγάλο ρόλο σε ό,τι αφορά τόσο την υγεία όσο και την ασθένεια των κυττάρων. Η mΤΟR ευθύνεται για τη ρύθμιση σημαντικών αυξητικών παραγόντων και οδών σηματοδότησης που ελέγχουν βασικές κυτταρικές λειτουργίες, συμπεριλαμβανομένων της ανάπτυξης του κυττάρου, του κυτταρικού μεταβολισμού και της δημιουργίας νέων αιμοφόρων αγγείων μέσω της αγγειογένεσης.

Αντικαρκινικές ιδιότητες
Τα χαρακτηριστικά αυτά όμως τα οποία ελέγχει η πρωτεΐνη είναι εκείνα που μπορούν να συνδεθούν και με τον καρκίνο: η υπερενεργοποίηση ορισμένων οδών σηματοδότησης είναι δυνατόν να καταλήξει σε υπερ-δραστηριότητα της mΤΟR, με αποτέλεσμα τη μη ελεγχόμενη ανάπτυξη του κυττάρου, τον αυξημένο κυτταρικό μεταβολισμό, τη δημιουργία νέων αιμοφόρων αγγείων και τελικώς την ανάπτυξη του καρκίνου. Λόγω αυτού του «ευαίσθητου» ρόλου της, λοιπόν, η mΤΟR αλλά και η ραπαμυκίνη η οποία στοχεύει τη συγκεκριμένη πρωτεΐνη έχουν μπει στο «μικροσκόπιο» πολλών ερευνητών διαφορετικών πεδίων όπως εκείνων που ασχολούνται με τον καρκίνο.

Η ραπαμυκίνη έχει δείξει ισχυρές αντικαρκινικές ιδιότητες σε μοντέλα ζώων- κυρίως σε ό,τι αφορά την αγγειογένεση και την ανάπτυξη των όγκων-, ενώ μελετώνται διάφορα παράγωγά της ενάντια σε πολλές μορφές καρκίνου, όπως τα λεμφώματα, ο καρκίνος του πνεύμονος, του νεφρού, του μαστού, του παχέος εντέρου και του παγκρέατος. Μάλιστα κυκλοφορεί ήδη ένα παράγωγο της ραπαμυκίνης για την αντιμετώπιση του προχωρημένου νεφροκυτταρικού καρκινώματος, καθώς και του λεμφώματος από κύτταρα του μανδύα (επιθετική μορφή καρκίνου των Β-λεμφοκυττάρων), ενώ βρίσκονται σε φάση δοκιμών σε ανθρώπους και άλλα παράγωγα της ουσίας για την αντιμετώπιση του νεφροκυτταρικού καρκίνου.

Στεντ και νεφροπάθειες
Η ουσία φαίνεται όμως ότι μπορεί να αποτελέσει «όπλο» της Ιατρικής σε πολλά επίπεδα. Π.χ., χρησιμοποιείται ήδη στα στεντ που εμφυτεύονται σε καρδιοπαθείς προκειμένου να παραμένουν ανοιχτές οι αρτηρίες τους, ενώ μελετάται η χρήση της και ενάντια στη νόσο Αλτσχάιμερ και στις νεφροπάθειες.

Μελέτη που δημοσιεύθηκε τον περασμένο Ιανουάριο στο επιστημονικό έντυπο «Journal of the Αmerican Society of Νephrology» από ειδικούς του Πανεπιστημίου της Καλιφόρνιας στη Σάντα Μπάρμπαρα έδειξε ότι η ραπαμυκίνη μπορεί να αποτελέσει πιθανή θεραπεία για την πολυκυστική νεφροπάθεια, η οποία εκτιμάται ότι «πλήττει» περί τα 12 εκατομμύρια άτομα παγκοσμίως. Η συγκεκριμένη πάθηση χαρακτηρίζεται από την εμφάνιση μεγάλου αριθμού κύστεων στους νεφρούς, με αποτέλεσμα τελικώς να προκαλείται νεφρική ανεπάρκεια σχεδόν στους μισούς ασθενείς ως τα 50 έτη τους. Οι ερευνητές χρησιμοποίησαν ένα μοντέλο ποντικού το οποίο έφερε τα ίδια γονίδια τα οποία προκαλούν την πολυκυστική νόσο των νεφρών στον άνθρωπο. Οπως προέκυψε, η ραπαμυκίνη όχι μόνο έβαλε «φρένο» στην περαιτέρω ανάπτυξη κύστεων αλλά φάνηκε ακόμη και να οδηγεί σε μερική αναστροφή του υπάρχοντος προβλήματος. Αυτή τη στιγμή βρίσκονται σε εξέλιξη διαφορετικές κλινικές δοκιμές που θα δείξουν την ασφάλεια και την αποτελεσματικότητα της ραπαμυκίνης και κάποιων παραγώγων της στην πολυκυστική νεφροπάθεια. Τα πρώτα αποτελέσματα αναμένονται μάλιστα μέσα στο έτος.

Ασπίδα της μνήμης
Ο «θησαυρός» όμως του Νησιού του Πάσχα υπόσχεται ακόμη και να «θωρακίσει» τη μνήμη μας. Σύμφωνα με ερευνητές του Κέντρου Επιστημών Υγείας στο Πανεπιστήμιο του Τέξας στο Σαν Αντόνιο, η ραπαμυκίνη φάνηκε έπειτα από πειράματα σε ποντίκια με Αλτσχάιμερ ότι είναι ικανή να αναστρέψει τα προβλήματα μάθησης και μνήμης. Είναι μάλιστα αξιοσημείωτο ότι η ουσία μείωσε τις βλάβες που προκαλεί η νευροεκφυλιστική νόσος στον εγκέφαλο των ζώων. Οι έρευνες συνεχίζονται και οι επιστήμονες εκτιμούν ότι ίσως σύντομα το φάρμακο θα μπορέσει να δώσει μια νέα προοπτική στους ασθενείς με Αλτσχάιμερ, για τους οποίους δεν υπάρχουν σήμερα αποτελεσματικές θεραπείες.

Σε κάθε περίπτωση αυτή η ουσία, που ξεκίνησε από τη μέση του πουθενά για να αποτελέσει αντικείμενο διαφορετικών ερευνητικών ομάδων ανά τον κόσμο, είναι πολλά υποσχόμενη. Βέβαια δεν είναι λίγοι οι ειδικοί που προειδοποιούν πως, εξαιτίας του ότι στοχεύει την πρωτεΐνη mΤΟR, η οποία αποτελεί το «κλειδί» πολλών και διαφορετικών κυτταρικών λειτουργιών, πρέπει να είμαστε άκρως προσεκτικοί με τη χρήση της. Η δράση της ραπαμυκίνης μοιάζει με εκείνη ενός κοφτερού μαχαιριού: είναι ισχυρή και μπορεί να κόψει το «κακό» στη ρίζα του, αν όμως δεν γίνει σωστή χρήση της μπορεί να τραυματίσει ή και να σκοτώσει. Ελπίζουμε όλοι ότι με την κατάλληλη ερευνητική δουλειά η ραπαμυκίνη θα δημιουργήσει μελλοντικά ένα τοπίο στην ιατρική έρευνα ελκυστικό όσο το «εξωτικό» Νησί του Πάσχα και όχι ένα σκοτεινό τοπίο σαν κάποιος να κρατά κοφτερό μαχαίρι στα τυφλά…