Mens du sidder her og læser denne artikel, arbejder dine celler væk i din krop og udfører alle de forskellige biokemiske reaktioner, der er nødvendige for at holde dig i gang. Mens de tøffer, opsamler de mutationer, modstår miljøgifte og prøver deres bedste for at absorbere næringsstoffer fra en ikke-perfekt kost.

Med tiden begynder vores celler at svækkes. Vores engang parate biologiske soldater, arbejdere og beskyttere er ikke længere, hvad de plejede at være. Vi ældes... konstant. Denne universelt accepterede kendsgerning betragtes nu som mere en midlertidig hindring af nogle optimistiske forskere på grund af nylige opdagelser, der har feltet for lang levetid summer af snak om udødelighed.

Hvorfor det pludselige skift, spørger du måske? Nå, i sandhed er søgen efter udødelighed ingen ny mode. Søgen efter ungdommens kilde og eliksirer for evigt liv har eksisteret siden menneskehedens begyndelse. Nylige eksperimenter inden for levetidsområdet har imidlertid frembragt interessante nye observationer, som efterlader os at spekulere på, om aldring virkelig er uundgåelig, eller om det bare er endnu en sygdom med en kur, der venter på vores opdagelse.

I sektionerne nedenfor vil jeg diskutere tre nøgleeksperimenter fra de sidste to årtier, der i høj grad har fremmet området for lang levetid og sundheds-span forskning. Disse undersøgelser gør det klart, at hvis en sådan vej til udødelighed eksisterer, ligger den ikke i en skjult fontæne eller magisk drik, men snarere i at forstå den skjulte verden i vores egne celler og væv.

Parabiose undersøgelser

Et kendetegn ved ungdom er kroppens evner stamceller at erstatte gamle eller beskadigede celler med nye. Efterhånden som vi bliver ældre, falmer denne evne, og vi er ikke længere i stand til at fylde vores væv op med nye celler med samme effektivitet. Dette fører til problemer som muskelatrofi og fald i organfunktionen. I 2005 offentliggjorde Stanford-forsker Dr. Thomas Rando og kolleger et papir, der undersøgte virkningerne af alder på satellitcellers evne, en type muskel stamfadercelletil at formere sig og regenerere. (Conboy et al., 2005). Tidligere undersøgelser udført af dette laboratorium viste, at de gamle satellitcellers faldende kapacitet til at generere nye celler (alias "regenerativt potentiale") ikke skyldtes interne ændringer i cellen, men snarere en mangel på eksterne regenereringsaktiverende signaler fra miljøet (Conboy et al., 2003). Med andre ord, der var ikke noget galt med selve cellen, men snarere dens miljø, der fik den til at stoppe med at regenerere.

Kredsløbssystemet er et næringsstoftilførselssystem, der hjælper med at forme en celles miljø. Det gør den ved at forsyne cellen med de materialer, den skal bruge for at fungere. I 2005 spurgte Rando-laboratoriet, om udskiftning af en gammel organismes kredsløb med et yngre dyrs kredsløb kunne genoprette aktivering og spredning af gamle satellitceller. For at undersøge dette spørgsmål forbandt Rando laboratorieforskere kirurgisk kredsløbssystemet hos en ung og gammel mus i en procedure kaldet parabiose. Efter at have synkroniseret musenes kredsløbssystem, var satellitceller fra de gamle mus bedre i stand til at generere nye celler, der viste et regenerativt potentiale svarende til det for satellitceller i unge mus. En yderligere undersøgelse dokumenterede også effekten af ​​parabiose på forlængelse af levetiden. I denne undersøgelse blev mus forbundet med parabiose i kun tre måneder, før de blev adskilt. At blive udsat for et mere ungdommeligt kredsløb øgede musenes levetid fra 125 til 130 uger, samlet set en stigning på 5 % i levetid (Zhang et al., 2021).

Foryngende Cerebral Spinal Fluid

Mens parabioseundersøgelserne var et spændende skridt fremad, var deres implikationer begrænset til væv, der var mere tilgængelige for kredsløbssystemet. Det centralnervesystemet (CNS) er på den anden side ikke så let tilgængelig. CNS er beskyttet af blod hjerne barrieren, et system af tæt forbundne epitelceller, der beskytter vores nervesystem mod potentielt skadelige bakterier og vira, der cirkulerer i vores blod. Efterhånden som cellerne i vores CNS ældes, bliver vi mere udsatte for at udvikle neurodegenerative sygdomme som Alzheimers og Parkinsons sygdom. Derfor er det også ekstremt vigtigt at finde en måde at forynge cellerne i CNS på for sundhed og levetid.

For at løse denne bekymring undersøgte Stanford-forskerne Dr. Tal Iram og Dr. Tony Wyss-Coray, om genopfyldning af cellulært miljø kunne have lignende anti-aldringseffekter i CNS, som det ses i andre væv. I stedet for at forbinde kredsløbssystemerne hos gamle og unge mus (som muliggør en udveksling af blod og plasma), udførte de en CSF-transfusion - en procedure, der udvekslede cerebral spinalvæske (CSF) af gamle mus med unge mus.

I deres undersøgelse viste Dr. Wyss-Coray og Dr. Iram, at infusion af unge CSF (fra både mus og mennesker) i ventrikulærsystemet hos gamle mus forbedrede nøglefunktioner i CNS-celler hos de gamle dyr. Specifikt øgede CSF-transfusionen spredning og differentiering af oligodendrocyt progenitorcelle (OPC) populationer. OPC'er er celler, der giver anledning til modne Oligodendrocytter, en type gliacelle i hjernen, der er ansvarlig for at pakke vores neuroner ind i et fedt ledende stof kaldet myelin, der hjælper med neuronal kommunikation.

Efterhånden som vi bliver ældre, bliver mængden af hvidt stof (vævet i vores hjerner, der består af myeliniserede neuroner) falder, hvilket påvirker den kognitive funktion negativt. Derfor er en implikation af Dr. Wyss-Coray og Dr. Irams resultater, at genoprettelse af OPC'er kan modvirke tab af hvidt stof og hæmme kognitiv tilbagegang, når vi bliver ældre. Interessant nok viste en anden undersøgelse fra Wyss-Coray-laboratoriet i 2014 positive virkninger på kognitiv funktion og synaptisk plasticitet hos ældre mus efter at have gennemgået en parabioseoperation (Villeda et al., 2014).

Disse parabiose- og CSF-transfusionsundersøgelser var grundlæggende for at fastslå vigtigheden af ​​en celles miljø for dets funktion og biologiske aldring, men de besvarede ikke det næste vigtige spørgsmål: Hvis vi ved, at der er noget galt med miljøet, hvad er der så specifikt galt med det? At besvare dette spørgsmål ville sætte os i stand til at udvikle terapier til at ændre miljøet i vores celler, så de kan vende tilbage til deres mere ungdommelige jeg.

Horvath-uret

Wyss-Coray og Rando undersøgelserne viste os, hvad der sker uden for vores celler betyder noget - men hvad med hvad der foregår indeni? Hvis vi skulle dykke ind i vores celler forbi plasmamembranen, forbi cytosolen og ind i kernen – cellens kommandocenter – ville vi finde vores DNA. DNA kan opfattes som samlingen af ​​instruktioner, som vores celler bruger til at fungere. Derudover har vores DNA det, der kaldes et epigenom, et mønster af markeringer, der sidder oven på vores gener og regulerer, hvor og hvornår de vil blive udtrykt i cellen. Efterhånden som vi bliver ældre vil epigenetiske mønstre som f.eks DNA-methylering påvirke gen udtryk. I nogle tilfælde kan akkumulering eller tab af visse mønstre af DNA-methylering forårsage, at levetidsassocierede gener undertrykkes (Salas-Pérez et al., 2019). Dette forringer cellefunktionen og får os i sidste ende til at se, føle og handle ældre. I 2011 karakteriserede Dr. Steve Horvath, en forsker i human genetik og biostatistik ved UCLA, korrelation mellem DNA-methyleringsmønstre og aldring, hvilket skaber et nyt biokemisk benchmark for cellulær sundhed, som forskere nu omtaler som det epigenetiske ur (Blocklandt et al., 2011; Horvath, 2013).

Så snart der kom noget ud om Horvaths epigenetiske ur, begyndte videnskabsmænd ivrigt at udforske muligheden for at vende epigenetiske mønstre for at skrue tiden tilbage (Rando & Chang, 2012). Undersøgelser rapporterede, at opretholdelse af sunde personlige livsstilsvalg, såsom at træne og spise en god kost, kan hjælpe celler med at opretholde epigenetiske mønstre, der mere ligner dem, der findes i yngre celler, men disse ændringer kunne kun skrue tiden tilbage indtil videre (Quach et al., 2017) ). Forskere leder nu efter andre måder at redigere epigenomet på. Med nye værktøjer til vores rådighed, som f.eks CRISPR, er det muligt for os at gå ind og manuelt ændre de epigenetiske mønstre på vores DNA. Der arbejdes i øjeblikket meget på denne front (dvs. Lau og Suh et al., 2017), men det er vigtigt at bemærke, at vi stadig ikke ved, i hvilket omfang epigenomet direkte bidrager til aldringsprocessen, og hvorvidt redigering af det vil have den tilsigtede anti-aging effekt.

Afslutningsvis…

Disse undersøgelser viser, at vi er godt på vej til at låse op for de videnskabelige hemmeligheder om forlænget liv. Det er blevet sagt, at den første person, der lever indtil 150, allerede er født!

I betragtning af de seneste fremskridt er det svært at forestille sig, at vi ikke ville være i stand til at forlænge menneskeliv ud over dets nuværende grænse. Men om aldring blot er en anden sygdom, der venter på en kur, er et spørgsmål til debat. Kun tiden vil vise, om videnskaben kan overliste dødeligheden.

Mens nogle mener, at vi slet ikke bør gå ind i dette vidnesbyrd, er én ting sikkert: nysgerrighed er en integreret del af vores menneskelighed, og så længe vi lever, vil vores nysgerrighed altid drive os til at søge efter svar på dette vedvarende spørgsmål .

Kun tiden vil vise, om videnskaben kan overliste dødeligheden

Om forfatteren

Arielle Hogan modtog en BS i biologi og en BA i fransk fra University of Virginia. Hun er nu i gang med en ph.d. i neurovidenskab i NSIDP-programmet ved UCLA. Hendes forskning fokuserer på CNS-skader og neural reparation. Specifikt forsker hun i de differentielle iboende transkriptionsprogrammer, der muliggør PNS-regenerering og undersøger, hvordan disse transkriptionelle programmer kan induceres i modeller af CNS-skade for at fremme regenerering. Hun nyder også at lære om biomekatronik og hjerne-maskine interface (BMI) samt at deltage i videnskabelig opsøgende og undervisning. Uden for laboratoriet bruger hun tid på at øve sit franske, spille basketball, se film (selv de dårlige) og rejse. For mere information om Arielle Hogan, besøg venligst hendes fulde profil.

Referencer

Bocklandt, S., Lin, W., Sehl, ME, Sánchez, FJ, Sinsheimer, JS, Horvath, S., & Vilain, E. (2011). Epigenetisk prædiktor for alder. PLoS ONE, 6(6), e14821. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0014821

Conboy, IM, Conboy, MJ, Wagers, AJ, Girma, ER, Weissman, IL, & Rando, TA (2005). Foryngelse af gamle stamceller ved eksponering for et ungt systemisk miljø. Natur, 433(7027), 760-764. https://doi.org/10.1038/nature03260

Conboy, IM, Conboy, MJ, Smythe, GM, & Rando, TA (2003). Notch-medieret genopretning af regenerativt potentiale til ældet muskel. Science (New York, NY), 302(5650), 1575-1577. https://doi.org/10.1126/science.1087573

Horvath S. (2013). DNA-methyleringsalder af humane væv og celletyper. Genome biologi, 14(10), R115. https://doi.org/10.1186/gb-2013-14-10-r115

Iram, T., Kern, F., Kaur, A., Myneni, S., Morningstar, AR, Shin, H., Garcia, MA, Yerra, L., Palovics, R., Yang, AC, Hahn, O. ., Lu, N., Shuken, SR, Haney, MS, Lehallier, B., Iyer, M., Luo, J., Zetterberg, H., Keller, A., Zuchero, JB, Wyss-Coray, T. (2022). Ung CSF genopretter oligodendrogenese og hukommelse i gamle mus via Fgf17. Natur, 605(7910), 509-515. https://doi.org/10.1038/s41586-022-04722-0

Lau, CH, & Suh, Y. (2017). Genom- og epigenomredigering i mekanistiske undersøgelser af menneskelig aldring og aldringsrelateret sygdom. Gerontologi, 63(2), 103-117. https://doi.org/10.1159/000452972

Quach, A., Levine, ME, Tanaka, T., Lu, AT, Chen, BH, Ferrucci, L., Ritz, B., Bandinelli, S., Neuhouser, ML, Beasley, JM, Snetselaar, L., Wallace, RB, Tsao, PS, Absher, D., Assimes, TL, Stewart, JD, Li, Y., Hou, L., Baccarelli, AA, Whitsel, EA, Horvath, S. (2017). Epigenetisk uranalyse af kost, motion, uddannelse og livsstilsfaktorer. Aging, 9(2), 419-446. https://doi.org/10.18632/aging.101168

Rando, TA, & Chang, HY (2012). Aldring, foryngelse og epigenetisk omprogrammering: nulstilling af det aldrende ur. Cell, 148(1-2), 46-57. https://doi.org/10.1016/j.cell.2012.01.003

Salas-Pérez, F., Ramos-Lopez, O., Mansego, ML, Milagro, FI, Santos, JL, Riezu-Boj, JI, & Martínez, JA (2019). DNA-methylering i gener af levetidsregulerende veje: sammenhæng med fedme og metaboliske komplikationer. Aging, 11(6), 1874-1899. https://doi.org/10.18632/aging.101882

Telano LN, Baker S. Fysiologi, Cerebral Spinal Fluid. [Opdateret 2022. juli 4]. I: StatPearls [Internet]. Treasure Island (FL): StatPearls Publishing; 2022 Jan-. Ledig fra: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK519007/

Villeda, SA, Plambeck, KE, Middeldorp, J., Castellano, JM, Mosher, KI, Luo, J., Smith, LK, Bieri, G., Lin, K., Berdnik, D., Wabl, R., Udeochu, J., Wheatley, EG, Zou, B., Simmons, DA, Xie, XS, Longo, FM, & Wyss-Coray, T. (2014). Ungt blod reverserer aldersrelaterede svækkelser i kognitiv funktion og synaptisk plasticitet hos mus. Naturmedicin, 20(6), 659-663. https://doi.org/10.1038/nm.3569

Zhang, B., Lee, DE, Trapp A., Tyshkovskiy, A., Lu, AT, Bareja, A. Kerepesi, C., Katz, LH, Shindyapina, AV, Dmitriev, SE, Baht, GS, Horvath, S ., Gladyshev, VN, White, JP, bioRxiv 2021.11.11.468258;doi:https://doi.org/10.1101/2021.11.11.468258

• ? Problemer med at vurdere bevidsthed i det 21. århundrede
• Autism Book Club #1: En fortælling om to autismer?

Denne artikel blev oprindeligt vist på Kendte neuroner