Semasa anda duduk di sini membaca artikel ini, sel-sel anda bekerja jauh di dalam badan anda melakukan semua tindak balas biokimia yang pelbagai yang diperlukan untuk memastikan anda meneruskan. Semasa mereka bergaul, mereka mengalami mutasi, mengharungi toksin persekitaran, dan mencuba sedaya upaya untuk menyerap nutrien daripada diet yang kurang sempurna.
Dengan peredaran masa, sel-sel kita mula lemah. Askar biologi, pekerja dan pelindung kita yang sedia ada tidak lagi seperti dahulu. Kami semakin tua… sentiasa. Fakta yang diterima secara universal ini kini dianggap lebih sebagai halangan sementara oleh beberapa penyelidik optimis kerana penemuan baru-baru ini yang mempunyai bidang umur panjang yang sibuk dengan perbincangan tentang keabadian.
Mengapa peralihan secara tiba-tiba, anda mungkin bertanya? Sebenarnya, pencarian keabadian bukanlah trend baru. Pencarian untuk mata air muda dan elixir untuk kehidupan kekal telah wujud sejak fajar manusia itu sendiri. Walau bagaimanapun, percubaan baru-baru ini dalam bidang umur panjang telah menghasilkan pemerhatian baharu yang menarik yang membuatkan kita tertanya-tanya sama ada penuaan benar-benar tidak dapat dielakkan, atau jika ia hanyalah satu lagi penyakit dengan penawar yang menunggu penemuan kita.
Dalam bahagian di bawah, saya akan membincangkan tiga eksperimen utama dari dua dekad yang lalu yang telah memajukan bidang umur panjang dan rentang kesihatan penyelidikan. Kajian-kajian ini menjelaskan bahawa jika jalan menuju keabadian itu wujud, ia tidak terletak pada air pancut tersembunyi atau ramuan ajaib, tetapi lebih kepada memahami dunia tersembunyi dalam sel dan tisu kita sendiri.
Kajian Parabiosis
Ciri awet muda ialah keupayaan tubuh badan sel progenitor untuk menggantikan sel lama atau rosak dengan yang baru. Apabila usia kita semakin meningkat, keupayaan ini semakin pudar dan kita tidak lagi dapat mengisi semula tisu kita dengan sel-sel baru dengan kecekapan yang sama. Ini membawa kepada masalah seperti atrofi otot dan penurunan dalam fungsi organ. Pada tahun 2005, penyelidik Stanford Dr. Thomas Rando dan rakan sekerja menerbitkan kertas kerja menyiasat kesan umur terhadap keupayaan sel satelit, sejenis otot. sel keturunan, untuk membiak dan menjana semula. (Conboy et al., 2005). Kajian terdahulu yang dijalankan oleh makmal ini menunjukkan bahawa kapasiti menurun sel satelit yang sudah tua untuk menjana sel baharu (aka, "potensi penjanaan semula") bukan disebabkan oleh perubahan dalaman dalam sel, sebaliknya kekurangan isyarat pengaktifan penjanaan semula luaran daripada persekitaran. (Conboy et al., 2003). Dalam erti kata lain, tidak ada yang salah dengan sel itu sendiri, sebaliknya persekitarannya, yang menyebabkannya berhenti menjana semula.
Sistem peredaran darah ialah sistem penyampaian nutrien yang membantu membentuk persekitaran sel. Ia melakukan ini dengan membekalkan sel dengan bahan yang diperlukan untuk berfungsi. Pada tahun 2005, makmal Rando bertanya sama ada menggantikan sistem peredaran organisma tua dengan haiwan yang lebih muda boleh memulihkan pengaktifan dan percambahan sel satelit yang sudah tua. Untuk menyiasat soalan ini, penyelidik makmal Rando secara pembedahan menyambungkan sistem peredaran darah tikus muda dan tua dalam prosedur yang dipanggil parabiosis. Selepas menyegerakkan sistem peredaran darah tikus, sel satelit daripada tikus tua lebih mampu menjana sel baharu yang menunjukkan potensi regeneratif serupa dengan sel satelit pada tikus muda. Kajian tambahan juga mendokumentasikan kesan parabiosis pada lanjutan jangka hayat. Dalam kajian ini, tikus disambungkan oleh parabiosis selama tiga bulan sahaja sebelum dipisahkan. Terdedah kepada sistem peredaran darah yang lebih muda meningkatkan umur panjang tikus daripada 125 kepada 130 minggu, secara keseluruhan peningkatan 5% dalam jangka hayat (Zhang et al., 2021).
Meremajakan Cecair Tulang Belakang Serebrum
Walaupun kajian parabiosis adalah satu langkah ke hadapan yang menarik, implikasinya terhad kepada tisu yang lebih mudah diakses oleh sistem peredaran darah. The sistem saraf pusat (CNS), sebaliknya, tidak begitu mudah diakses. CNS dilindungi oleh penghalang darah-otak, sistem sel epitelium bercantum rapat yang melindungi sistem saraf kita daripada bakteria dan virus yang berpotensi berbahaya yang beredar dalam darah kita. Apabila sel-sel dalam usia CNS kita, kita menjadi lebih berisiko untuk membangunkan penyakit neurodegeneratif seperti Alzheimer dan Penyakit Parkinson. Oleh itu, mencari cara untuk meremajakan sel-sel CNS juga amat penting untuk jangka kesihatan dan umur panjang.
Untuk menangani kebimbangan ini, penyelidik Stanford Dr. Tal Iram dan Dr. Tony Wyss-Coray menyiasat sama ada mengisi semula persekitaran selular boleh mempunyai kesan anti-penuaan yang serupa dalam CNS seperti yang dilihat pada tisu lain. Daripada menghubungkan sistem peredaran darah tikus tua dan muda (membolehkan pertukaran darah dan plasma), mereka melakukan pemindahan CSF—suatu prosedur yang menukar cecair tulang belakang serebrum (CSF) tikus tua dengan tikus muda.
Dalam kajian mereka, Dr. Wyss-Coray dan Dr. Iram menunjukkan bahawa memasukkan CSF muda (dari kedua-dua tikus dan manusia) ke dalam sistem ventrikel tikus tua meningkatkan fungsi utama dalam sel-sel CNS haiwan tua. Khususnya, pemindahan CSF meningkatkan percambahan dan pembezaan populasi sel progenitor oligodendrocyte (OPC). OPC ialah sel yang menimbulkan Oligodendrocytes matang, sejenis sel glial dalam otak yang bertanggungjawab untuk membungkus neuron kita dalam bahan konduktif lemak yang dipanggil myelin yang membantu dengan komunikasi neuron.
Apabila umur kita meningkat, jumlah perkara putih (tisu dalam otak kita terdiri daripada neuron bermielin) berkurangan, memberi kesan negatif kepada fungsi kognitif. Oleh itu, satu implikasi keputusan Dr. Wyss-Coray dan Dr. Iram ialah pemulihan OPC boleh mengatasi kehilangan bahan putih dan menghalang penurunan kognitif seiring dengan peningkatan usia. Menariknya, satu lagi kajian daripada makmal Wyss-Coray pada tahun 2014 menunjukkan kesan positif terhadap fungsi kognitif dan plasticity synaptic pada tikus yang lebih tua selepas menjalani pembedahan parabiosis (Villeda et al., 2014).
Kajian transfusi parabiosis dan CSF ini adalah asas dalam mewujudkan kepentingan persekitaran sel kepada fungsi dan penuaan biologinya, tetapi mereka tidak menjawab soalan penting seterusnya: Jika kita tahu ada sesuatu yang tidak kena dengan alam sekitar, apakah yang salah dengannya? Menjawab soalan ini akan membolehkan kita membangunkan terapi untuk mengubah persekitaran sel kita yang membolehkan mereka kembali kepada diri mereka yang lebih muda.
Jam Horvath
Kajian Wyss-Coray dan Rando menunjukkan kepada kita apa yang berlaku di luar sel kita penting—tetapi bagaimana pula dengan apa yang berlaku di dalam? Jika kita menyelam ke dalam sel kita melepasi membran plasma, melepasi sitosol, dan ke dalam nukleus—pusat perintah sel—kita akan menemui DNA kita. DNA boleh dianggap sebagai koleksi arahan yang digunakan oleh sel kita untuk berfungsi. Selain itu, DNA kita mempunyai apa yang dipanggil epigenome, corak tanda yang terletak di atas gen kita dan mengawal di mana dan bila ia akan diekspresikan dalam sel. Apabila umur kita meningkat, corak epigenetik seperti metilasi DNA menjejaskan gen ungkapan. Dalam sesetengah kes, pengumpulan atau kehilangan corak tertentu metilasi DNA boleh menyebabkan gen yang berkaitan dengan umur panjang ditindas (Salas-Pérez et al., 2019). Ini menjejaskan fungsi sel dan akhirnya menjadikan kita kelihatan, berasa dan bertindak lebih tua. Pada tahun 2011, Dr. Steve Horvath, seorang penyelidik genetik dan biostatistik manusia di UCLA, mencirikan korelasi antara corak metilasi DNA dan penuaan, mewujudkan penanda aras biokimia baharu untuk kesihatan selular yang kini dirujuk oleh penyelidik sebagai jam epigenetik (Blocklandt et al., 2011; Horvath, 2013).
Sebaik sahaja berita tersiar tentang jam epigenetik Horvath, para saintis mula bersemangat meneroka kemungkinan membalikkan corak epigenetik untuk memutar semula jam (Rando & Chang, 2012). Kajian melaporkan bahawa mengekalkan pilihan gaya hidup peribadi yang sihat seperti bersenam dan makan diet yang baik boleh membantu sel mengekalkan corak epigenetik yang lebih hampir menyerupai yang terdapat dalam sel yang lebih muda, tetapi perubahan ini hanya boleh mengubah masa setakat ini (Quach et al., 2017). ). Penyelidik kini sedang mencari cara lain untuk mengedit epigenome. Dengan alat baharu yang kami gunakan, seperti CRISPR, adalah mungkin untuk kita masuk dan mengubah secara manual corak epigenetik pada DNA kita. Banyak kerja sedang dilakukan dalam bidang ini (iaitu, Lau dan Suh et al., 2017), tetapi penting untuk diperhatikan bahawa kita masih tidak mengetahui sejauh mana epigenome secara langsung menyumbang kepada proses penuaan dan sama ada menyuntingnya akan mempunyai kesan anti-penuaan yang dimaksudkan.
Kesimpulannya…
Kajian-kajian ini menunjukkan bahawa kita sedang dalam perjalanan untuk membuka kunci rahsia saintifik tentang kehidupan yang berpanjangan. Dikatakan bahawa orang pertama yang hidup sehingga 150 telah pun dilahirkan!
Memandangkan kemajuan baru-baru ini, sukar untuk membayangkan bahawa kita tidak akan dapat memanjangkan hayat manusia melebihi had semasanya. Tetapi, sama ada penuaan hanyalah satu lagi penyakit yang menunggu penawar adalah perkara yang perlu diperdebatkan. Hanya masa yang akan menentukan sama ada sains boleh mengalahkan kematian.
Walaupun sesetengah orang percaya bahawa kita tidak sepatutnya memasuki permainan ini, satu perkara yang pasti: rasa ingin tahu adalah sebahagian daripada kemanusiaan kita dan selagi kita hidup, rasa ingin tahu kita akan sentiasa mendorong kita untuk mencari jawapan kepada soalan yang kekal ini. .
Hanya masa yang akan menentukan sama ada sains boleh mengalahkan kematian
Tentang Pengarang
Arielle Hogan menerima BS dalam Biologi dan BA dalam bahasa Perancis dari University of Virginia. Dia kini sedang mengikuti pengajian Ph.D. dalam Neurosains dalam program NSIDP di UCLA. Penyelidikannya memberi tumpuan kepada kecederaan CNS dan pembaikan saraf. Khususnya, dia sedang menyelidik program transkrip intrinsik pembezaan yang membolehkan penjanaan semula PNS dan menyiasat bagaimana program transkrip ini boleh didorong dalam model kecederaan CNS untuk menggalakkan penjanaan semula. Dia juga gemar belajar tentang biomekatronik dan antara muka mesin otak (BMI), serta mengambil bahagian dalam jangkauan dan pengajaran sains. Di luar makmal, dia menghabiskan masa berlatih bahasa Perancisnya, bermain bola keranjang, menonton filem (walaupun yang buruk), dan mengembara. Untuk maklumat lanjut tentang Arielle Hogan, sila lawati profil penuhnya.
Rujukan
Bocklandt, S., Lin, W., Sehl, ME, Sánchez, FJ, Sinsheimer, JS, Horvath, S., & Vilain, E. (2011). Peramal epigenetik umur. PLoS SATU, 6(6), e14821. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0014821
Conboy, IM, Conboy, MJ, Wagers, AJ, Girma, ER, Weissman, IL, & Rando, TA (2005). Peremajaan sel progenitor yang sudah tua dengan pendedahan kepada persekitaran sistemik muda. Alam, 433(7027), 760-764. https://doi.org/10.1038/nature03260
Conboy, IM, Conboy, MJ, Smythe, GM, & Rando, TA (2003). Pemulihan notch-mediated potensi regeneratif kepada otot yang berumur. Sains (New York, NY), 302(5650), 1575-1577. https://doi.org/10.1126/science.1087573
Horvath S. (2013). Umur metilasi DNA tisu manusia dan jenis sel. Genom 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). CSF muda memulihkan oligodendrogenesis dan ingatan pada tikus tua melalui Fgf17. Alam, 605(7910), 509-515. https://doi.org/10.1038/s41586-022-04722-0
Lau, CH, & Suh, Y. (2017). Penyuntingan Genom dan Epigenome dalam Kajian Mekanistik Penuaan Manusia dan Penyakit Berkaitan Penuaan. 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). Analisis jam epigenetik terhadap faktor pemakanan, senaman, pendidikan dan gaya hidup. Penuaan, 9(2), 419-446. https://doi.org/10.18632/aging.101168
Rando, TA, & Chang, HY (2012). Penuaan, peremajaan dan pengaturcaraan semula epigenetik: menetapkan semula jam penuaan. 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). Metilasi DNA dalam gen laluan pengawalan umur panjang: persatuan dengan obesiti dan komplikasi metabolik. Penuaan, 11(6), 1874-1899. https://doi.org/10.18632/aging.101882
Telano LN, Baker S. Physiology, Cerebral Spinal Fluid. [Dikemas kini 2022 Jul 4]. Dalam: StatPearls [Internet]. Treasure Island (FL): StatPearls Publishing; 2022 Jan-. Boleh didapati daripada: 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). Darah muda membalikkan gangguan berkaitan usia dalam fungsi kognitif dan keplastikan sinaptik pada tikus. Perubatan semulajadi, 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, Putih, JP, bioRxiv 2021.11.11.468258;doi:https://doi.org/10.1101/2021.11.11.468258
Artikel ini pada asalnya muncul di Mengetahui Neuron
