ในขณะที่คุณนั่งอ่านบทความนี้ เซลล์ของคุณกำลังทำงานอยู่ในร่างกายของคุณโดยทำปฏิกิริยาทางชีวเคมีที่หลากหลายที่จำเป็นเพื่อให้คุณก้าวต่อไป พวกมันทำให้เกิดการกลายพันธุ์ สภาพอากาศที่เป็นพิษต่อสิ่งแวดล้อม และพยายามอย่างดีที่สุดเพื่อดูดซับสารอาหารจากอาหารที่ไม่สมบูรณ์แบบ
เมื่อเวลาผ่านไป เซลล์ของเราเริ่มอ่อนแอลง ทหาร ผู้ปฏิบัติงาน และผู้คุ้มกันทางชีววิทยาที่พร้อมครั้งหนึ่งของเราไม่ใช่สิ่งที่พวกเขาเคยเป็นอีกต่อไป เรากำลังแก่ชรา…อย่างต่อเนื่อง ข้อเท็จจริงที่เป็นที่ยอมรับในระดับสากลนี้ถูกมองว่าเป็นอุปสรรคชั่วคราวมากกว่าโดยนักวิจัยที่มองโลกในแง่ดีบางคนเนื่องจากการค้นพบล่าสุดที่มีสนามอายุยืนยาวเต็มไปด้วยการพูดถึงความเป็นอมตะ
ทำไมกะทันหันคุณอาจถาม? แท้จริงแล้ว การค้นหาความเป็นอมตะไม่ใช่แฟชั่นใหม่ ภารกิจเพื่อน้ำพุแห่งความเยาว์วัยและยาอายุวัฒนะเพื่อชีวิตนิรันดร์มีมาตั้งแต่กำเนิดมนุษยชาติเอง อย่างไรก็ตาม การทดลองเมื่อเร็วๆ นี้ในด้านอายุขัยได้ทำให้เกิดข้อสังเกตใหม่ที่น่าสนใจ ซึ่งทำให้เราสงสัยว่าการสูงวัยเป็นสิ่งที่หลีกเลี่ยงไม่ได้จริงๆ หรือเป็นเพียงโรคอื่นที่มีวิธีรักษาที่รอการค้นพบของเรา
ในส่วนด้านล่าง ฉันจะหารือเกี่ยวกับการทดลองหลักสามประการจากสองทศวรรษที่ผ่านมาซึ่งได้พัฒนาขอบเขตการมีอายุยืนยาวและ สุขภาพ-span การวิจัย. การศึกษาเหล่านี้แสดงให้เห็นชัดเจนว่า หากมีเส้นทางสู่ความเป็นอมตะ มันจะไม่อยู่ในแหล่งน้ำที่ซ่อนอยู่หรือยาวิเศษ แต่เป็นการทำความเข้าใจโลกที่ซ่อนอยู่ภายในเซลล์และเนื้อเยื่อของเราเอง
การศึกษาพาราไบโอซิส
จุดเด่นของความเยาว์วัยคือความสามารถของร่างกาย เซลล์ต้นกำเนิด เพื่อทดแทนเซลล์เก่าหรือเซลล์ที่เสียหายด้วยเซลล์ใหม่ เมื่อเราอายุมากขึ้น ความสามารถนี้จะค่อยๆ จางลง และเราไม่สามารถเติมเต็มเนื้อเยื่อของเราด้วยเซลล์ใหม่ที่มีประสิทธิภาพเท่าเดิมได้อีกต่อไป สิ่งนี้นำไปสู่ปัญหาต่างๆ เช่น กล้ามเนื้อลีบและการทำงานของอวัยวะลดลง ในปี 2005 ดร.โธมัส แรนโด นักวิจัยจากมหาวิทยาลัยสแตนฟอร์ดและคณะได้ตีพิมพ์บทความเกี่ยวกับผลกระทบของอายุที่มีต่อความสามารถของเซลล์ดาวเทียม ซึ่งเป็นกล้ามเนื้อชนิดหนึ่ง เซลล์ต้นกำเนิดเพื่อขยายและงอกใหม่ (Conboy et al., 2005). การศึกษาก่อนหน้านี้ที่ดำเนินการโดยห้องปฏิบัติการนี้แสดงให้เห็นว่าความสามารถในการสร้างเซลล์ใหม่ของเซลล์ดาวเทียมที่เสื่อมลง (หรือที่เรียกว่า "ศักยภาพในการเกิดใหม่") ไม่ได้เกิดจากการเปลี่ยนแปลงภายในภายในเซลล์ แต่ขาดสัญญาณกระตุ้นการสร้างใหม่จากสิ่งแวดล้อม (Conboy et al., 2003). กล่าวอีกนัยหนึ่ง ไม่มีอะไรผิดปกติกับตัวเซลล์เอง แต่เป็นสภาพแวดล้อมที่ทำให้เซลล์หยุดการสร้างใหม่
ระบบไหลเวียนโลหิตเป็นระบบนำส่งสารอาหารที่ช่วยกำหนดสภาพแวดล้อมของเซลล์ มันทำได้โดยการจัดหาเซลล์ด้วยวัสดุที่จำเป็นต่อการทำงาน ในปี 2005 ห้องปฏิบัติการ Rando ได้สอบถามว่าการเปลี่ยนระบบไหลเวียนโลหิตของสิ่งมีชีวิตที่แก่ชราเป็นสัตว์ที่อายุน้อยกว่าสามารถฟื้นฟูการกระตุ้นและ การขยาย ของเซลล์ดาวเทียมที่มีอายุมาก เพื่อตรวจสอบคำถามนี้ นักวิจัยในห้องปฏิบัติการของ Rando ได้ทำการผ่าตัดเชื่อมต่อระบบไหลเวียนเลือดของหนูตัวน้อยและหนูแก่ด้วยกระบวนการที่เรียกว่าพาราไบโอซิส หลังจากการซิงโครไนซ์ระบบไหลเวียนโลหิตของหนูแล้ว เซลล์ดาวเทียมจากหนูที่มีอายุมากจะสามารถสร้างเซลล์ใหม่ที่แสดงถึงศักยภาพในการฟื้นฟูได้ดีกว่าเซลล์ดาวเทียมในหนูอายุน้อย การศึกษาเพิ่มเติมยังได้บันทึกผลกระทบของพาราไบโอซิสต่อการยืดอายุขัย ในการศึกษานี้ หนูเชื่อมต่อกันด้วยพาราไบโอซิสเพียงสามเดือนก่อนที่จะถูกแยกจากกัน การสัมผัสกับระบบไหลเวียนโลหิตที่อ่อนเยาว์ขึ้นทำให้หนูมีอายุยืนยาวขึ้นจาก 125 เป็น 130 สัปดาห์ โดยรวมแล้วอายุขัยเพิ่มขึ้น 5% (Zhang et al., 2021)
ฟื้นฟูน้ำหล่อเลี้ยงไขสันหลัง
ในขณะที่การศึกษาเกี่ยวกับพาราไบโอซิสเป็นขั้นตอนที่น่าตื่นเต้น แต่ความหมายก็จำกัดอยู่ที่เนื้อเยื่อที่ระบบไหลเวียนโลหิตสามารถเข้าถึงได้มากขึ้น ดิ ระบบประสาทส่วนกลาง (CNS) ในทางกลับกันไม่สามารถเข้าถึงได้ง่าย CNS ได้รับการคุ้มครองโดย อุปสรรคในเลือดสมองซึ่งเป็นระบบของเซลล์เยื่อบุผิวที่เชื่อมต่อกันอย่างแน่นหนาซึ่งปกป้องระบบประสาทของเราจากแบคทีเรียและไวรัสที่อาจเป็นอันตรายที่ไหลเวียนอยู่ในเลือดของเรา เมื่อเซลล์ใน CNS ของเรามีอายุมากขึ้น เราก็มีความเสี่ยงที่จะเป็นโรคเกี่ยวกับระบบประสาท เช่น อัลไซเมอร์ และ โรคพาร์กินสัน. ดังนั้นการหาวิธีทำให้เซลล์ของระบบประสาทส่วนกลางกระปรี้กระเปร่าจึงมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อสุขภาพและอายุยืน
เพื่อแก้ไขข้อกังวลนี้ นักวิจัยจากมหาวิทยาลัยสแตนฟอร์ด Dr. Tal Iram และ Dr. Tony Wyss-Coray ได้ตรวจสอบว่าการเติมสภาพแวดล้อมของเซลล์อาจมีผลในการต่อต้านริ้วรอยใน CNS ที่คล้ายคลึงกันในเนื้อเยื่ออื่นๆ หรือไม่ แทนที่จะเชื่อมโยงระบบไหลเวียนโลหิตของหนูแก่และหนูน้อย (อนุญาตให้มีการแลกเปลี่ยนเลือดและพลาสมา) พวกเขาทำการถ่าย CSF ซึ่งเป็นขั้นตอนที่แลกเปลี่ยน ไขสันหลัง (CSF) ของหนูแก่กับหนูตัวเล็ก
ในการศึกษาของพวกเขา Dr. Wyss-Coray และ Dr. Iram แสดงให้เห็นว่าการผสม CSF ตัวอ่อน (จากทั้งหนูและมนุษย์) เข้าสู่ระบบ ventricular ของหนูตัวเก่าช่วยปรับปรุงหน้าที่หลักในเซลล์ CNS ของสัตว์สูงอายุ โดยเฉพาะอย่างยิ่ง การถ่ายน้ำไขสันหลังเพิ่มการแพร่กระจายและ การเปลี่ยนแปลง ของประชากรเซลล์ต้นกำเนิด oligodendrocyte (OPC) OPCs คือเซลล์ที่ก่อให้เกิด Oligodendrocytes ที่เจริญเต็มที่ ซึ่งเป็นเซลล์ glial ในสมองที่มีหน้าที่ห่อหุ้มเซลล์ประสาทของเราในสารนำไฟฟ้าที่เรียกว่าไมอีลินซึ่งช่วยในการสื่อสารของเซลล์ประสาท
เมื่อเราอายุมากขึ้น ปริมาณของ สสารสีขาว (เนื้อเยื่อในสมองของเราประกอบด้วยเซลล์ประสาท myelinated) ลดลง ส่งผลเสียต่อการทำงานขององค์ความรู้ ดังนั้น ความหมายอย่างหนึ่งของ Dr. Wyss-Coray และผลลัพธ์ของ Dr. Iram คือ การฟื้นฟู OPCs สามารถต่อต้านการสูญเสียสสารสีขาวและยับยั้งการเสื่อมของความรู้ความเข้าใจเมื่อเราอายุมากขึ้น ที่น่าสนใจคือ การศึกษาอื่นจากห้องทดลอง Wyss-Coray ในปี 2014 แสดงให้เห็นผลกระทบเชิงบวกต่อการทำงานขององค์ความรู้และ ซินแนปติกพลาสติก ในหนูที่มีอายุมากหลังการผ่าตัดพาราไบโอซิส (Villeda et al., 2014)
การศึกษาเกี่ยวกับพาราไบโอซิสและการถ่ายน้ำไขสันหลังเป็นพื้นฐานในการกำหนดความสำคัญของสภาพแวดล้อมของเซลล์ต่อการทำงานและการชราภาพทางชีววิทยา แต่ไม่ได้ตอบคำถามสำคัญต่อไป: หากเรารู้ว่ามีบางอย่างผิดปกติกับสิ่งแวดล้อม สิ่งใดผิดปกติกับสิ่งเหล่านั้น การตอบคำถามนี้จะช่วยให้เราสามารถพัฒนาการบำบัดเพื่อเปลี่ยนแปลงสภาพแวดล้อมของเซลล์ของเรา ซึ่งช่วยให้เซลล์เหล่านี้สามารถหวนคืนสู่สภาพที่อ่อนเยาว์กว่าได้
นาฬิกา Horvath
การศึกษาของ Wyss-Coray และ Rando แสดงให้เราเห็นว่าเกิดอะไรขึ้นนอกเซลล์ของเรามีความสำคัญ แต่สิ่งที่เกิดขึ้นภายในคืออะไร? หากเราต้องดำดิ่งเข้าไปในเซลล์ของเราผ่านเยื่อหุ้มพลาสมา ผ่านไซโทซอล และเข้าไปในนิวเคลียส ซึ่งเป็นศูนย์บัญชาการของเซลล์ เราจะพบดีเอ็นเอของเรา ดีเอ็นเอสามารถคิดได้ว่าเป็นชุดคำสั่งที่เซลล์ของเราใช้ในการทำงาน นอกจากนี้ ดีเอ็นเอของเรามีสิ่งที่เรียกว่าอีพิจีโนม ซึ่งเป็นรูปแบบของเครื่องหมายที่อยู่บนยีนของเราและควบคุมตำแหน่งและเวลาที่พวกมันจะแสดงออกมาในเซลล์ เมื่อเราอายุมากขึ้น รูปแบบ epigenetic เช่น ดีเอ็นเอ methylation มีผลต่อ ยีน การแสดงออก. ในบางกรณี การสะสมหรือสูญเสียรูปแบบบางอย่างของ DNA methylation อาจทำให้ยีนที่เกี่ยวข้องกับการมีอายุยืนยาวถูกยับยั้ง (Salas-Pérez et al., 2019) สิ่งนี้บั่นทอนการทำงานของเซลล์และท้ายที่สุดก็ทำให้เราดู รู้สึก และทำตัวแก่ขึ้น ในปี 2011 ดร.สตีฟ ฮอร์วาธ นักวิจัยด้านพันธุศาสตร์และชีวสถิติของมนุษย์ที่ยูซีแอลเอ ความสัมพันธ์ ระหว่างรูปแบบเมทิลเลชันของ DNA และอายุ การสร้างเกณฑ์มาตรฐานทางชีวเคมีใหม่สำหรับสุขภาพของเซลล์ที่นักวิจัยเรียกว่านาฬิกา epigenetic (Blocklandt et al., 2011; Horvath, 2013)
ทันทีที่มีข่าวเกี่ยวกับนาฬิกา epigenetic ของ Horvath นักวิทยาศาสตร์ก็เริ่มสำรวจความเป็นไปได้ของการย้อนกลับรูปแบบ epigenetic เพื่อย้อนเวลากลับไป (Rando & Chang, 2012) การศึกษารายงานว่าการรักษาทางเลือกในการใช้ชีวิตส่วนตัวที่ดีต่อสุขภาพ เช่น การออกกำลังกายและการรับประทานอาหารที่ดี สามารถช่วยให้เซลล์รักษารูปแบบอีพีเจเนติกส์ที่ใกล้เคียงกับที่พบในเซลล์ที่อายุน้อยกว่า แต่การเปลี่ยนแปลงเหล่านี้สามารถย้อนเวลากลับไปได้เท่านั้น (Quach et al., 2017 ). นักวิจัยกำลังมองหาวิธีการอื่นในการแก้ไขอีพีจีโนม ด้วยเครื่องมือใหม่ๆ ที่เรามีจำหน่าย เช่น CRISPRเป็นไปได้ที่เราจะเข้าไปเปลี่ยนแปลงรูปแบบอีพีเจเนติกบนดีเอ็นเอของเราด้วยตนเอง ขณะนี้มีการทำงานจำนวนมากในหน้านี้ (เช่น Lau และ Suh et al., 2017) แต่สิ่งสำคัญที่ควรทราบคือเรายังไม่ทราบขอบเขตที่ epigenome มีส่วนโดยตรงต่อกระบวนการชราภาพหรือไม่ การแก้ไขจะมีผลต่อต้านริ้วรอยที่ตั้งใจไว้
สรุปแล้ว…
การศึกษาเหล่านี้แสดงให้เห็นว่าเราอยู่ในทางที่ดีในการไขความลับทางวิทยาศาสตร์ของชีวิตที่ยืนยาว ว่ากันว่าคนแรกที่มีชีวิตอยู่จนถึง 150 ได้เกิดแล้ว!
เมื่อได้รับความก้าวหน้าเมื่อเร็วๆ นี้ เป็นเรื่องยากที่จะจินตนาการว่าเราไม่สามารถขยายชีวิตมนุษย์ให้เกินขีดจำกัดในปัจจุบันได้ แต่การที่อายุมากขึ้นเป็นเพียงโรคอื่นที่รอการรักษาหรือไม่นั้นเป็นเรื่องที่ต้องถกเถียงกัน เวลาเท่านั้นที่จะบอกได้ว่าวิทยาศาสตร์สามารถเอาชนะการตายได้หรือไม่
ในขณะที่บางคนเชื่อว่าเราไม่ควรเข้าสู่เกมแห่งปัญญานี้เลย สิ่งหนึ่งที่แน่นอน: ความอยากรู้เป็นส่วนสำคัญของมนุษยชาติของเรา และตราบใดที่เรามีชีวิตอยู่ ความอยากรู้ของเราจะผลักดันให้เราค้นหาคำตอบสำหรับคำถามที่ยั่งยืนนี้เสมอ .
เวลาเท่านั้นที่จะบอกได้ว่าวิทยาศาสตร์สามารถเอาชนะความตายได้หรือไม่
เกี่ยวกับผู้เขียน
Arielle Hogan สำเร็จการศึกษาระดับปริญญาตรีสาขาชีววิทยาและปริญญาตรีสาขาภาษาฝรั่งเศสจากมหาวิทยาลัยเวอร์จิเนีย ตอนนี้เธอกำลังศึกษาระดับปริญญาเอก ในสาขาประสาทวิทยาในโครงการ NSIDP ที่ UCLA งานวิจัยของเธอมุ่งเน้นไปที่การบาดเจ็บของระบบประสาทส่วนกลางและการซ่อมแซมระบบประสาท โดยเฉพาะอย่างยิ่ง เธอกำลังค้นคว้าเกี่ยวกับโปรแกรมการถอดความภายในแบบดิฟเฟอเรนเชียลที่อนุญาตให้มีการสร้าง PNS ขึ้นใหม่ และตรวจสอบว่าโปรแกรมการถอดความเหล่านี้สามารถเหนี่ยวนำให้เกิดแบบจำลองของการบาดเจ็บที่ระบบประสาทส่วนกลางเพื่อส่งเสริมการสร้างใหม่ได้อย่างไร เธอยังสนุกกับการเรียนรู้เกี่ยวกับชีวกลศาสตร์และส่วนต่อประสานระหว่างสมองกับเครื่องจักร (BMI) รวมถึงการเข้าร่วมในการเผยแพร่ความรู้ทางวิทยาศาสตร์และการสอน นอกห้องแล็บ เธอใช้เวลาฝึกภาษาฝรั่งเศส เล่นบาสเก็ตบอล ดูหนัง (แม้แต่เรื่องแย่ๆ) และการเดินทาง สำหรับข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับ Arielle Hogan โปรดไปที่โปรไฟล์ทั้งหมดของเธอ
อ้างอิง
Bocklandt, S. , Lin, W. , Sehl, ME, Sánchez, FJ, Sinsheimer, JS, Horvath, S. , & Vilain, E. (2011) ตัวทำนาย Epigenetic ของอายุ PloS หนึ่ง, 6(6), e14821 https://doi.org/10.1371/journal.pone.0014821
Conboy, IM, Conboy, MJ, Wagers, AJ, Girma, ER, Weissman, IL, & Rando, TA (2005) การฟื้นฟูเซลล์ต้นกำเนิดที่แก่ชราโดยการสัมผัสกับสภาพแวดล้อมที่เป็นระบบเล็ก ธรรมชาติ, 433(7027), 760-764 https://doi.org/10.1038/nature03260
Conboy, IM, Conboy, MJ, Smythe, GM, & Rando, TA (2003). การฟื้นฟูศักยภาพในการฟื้นฟูกล้ามเนื้อโดยอาศัยรอยบาก วิทยาศาสตร์ (นิวยอร์ก, นิวยอร์ก), 302(5650), 1575-1577 https://doi.org/10.1126/science.1087573
Horvath S. (2013). อายุ DNA methylation ของเนื้อเยื่อมนุษย์และประเภทเซลล์ จีโนม ชีววิทยา, 14(10), ร115. 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). Young CSF ฟื้นฟู oligodendrogenesis และหน่วยความจำในหนูที่มีอายุมากผ่าน Fgf17 ธรรมชาติ, 605(7910), 509-515 https://doi.org/10.1038/s41586-022-04722-0
Lau, CH, & Suh, Y. (2017). การแก้ไขจีโนมและอีพิจีโนมในการศึกษากลไกการชราภาพของมนุษย์และโรคที่เกี่ยวข้องกับการสูงวัย วิทยาศาสตร์เกี่ยวกับวัยชรา, 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) การวิเคราะห์นาฬิกา Epigenetic ของปัจจัยด้านอาหาร การออกกำลังกาย การศึกษา และไลฟ์สไตล์ จิ้ง, 9(2), 419-446 https://doi.org/10.18632/aging.101168
Rando, TA, & Chang, HY (2012). การแก่ชรา การฟื้นฟู และการตั้งโปรแกรมอีพีเจเนติกใหม่: การรีเซ็ตนาฬิกาแห่งวัย เซลล์, 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 methylation ในยีนของวิถีการควบคุมอายุยืน: ความสัมพันธ์กับโรคอ้วนและภาวะแทรกซ้อนทางเมตาบอลิซึม จิ้ง, 11(6), 1874-1899 https://doi.org/10.18632/aging.101882
Telano LN, Baker S. สรีรวิทยา, น้ำไขสันหลังในสมอง [อัปเดต 2022 ก.ค. 4] ใน: StatPearls [อินเทอร์เน็ต] เกาะมหาสมบัติ (ฟลอริดา): สำนักพิมพ์ StatPearls; 2022 ม.ค.-. ได้จาก: 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) เลือดอายุน้อยช่วยฟื้นฟูความบกพร่องที่เกี่ยวข้องกับอายุในการทำงานขององค์ความรู้และความเป็นพลาสติก synaptic ในหนู ยาธรรมชาติ, 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, บาท, GS, Horvath, S ., Gladyshev, VN, White, JP, bioRxiv 2021.11.11.468258;ดอย:https://doi.org/10.1101/2021.11.11.468258
บทความนี้เดิมปรากฏบน รู้เซลล์ประสาท
