Βιογεροντολογία

Η Βιογεροντολογία είναι ο κλάδος της γεροντολογίας που ασχολείται με τη βιολογική διαδικασία γήρανσης, την εξελικτική προέλευση της και τα πιθανά μέσα παρέμβασης στη διαδικασία. Ο όρος "βιογεροντολογία" επινοήθηκε από τον S. Rattan και χρησιμοποιήθηκε τακτικά με την έναρξη του περιοδικού BIOGERONTOLOGY το 2000. Περιλαμβάνει διεπιστημονική έρευνα για τα αίτια, τα αποτελέσματα καθώς και τους μηχανισμούς της βιολογικής γήρανσης. Ο βιογεροντολόγος Leonard Hayflick είπε ότι η φυσική μέση διάρκεια ζωής για έναν άνθρωπο είναι περίπου 92 χρόνια και, εάν οι άνθρωποι δεν εφεύρουν νέες προσεγγίσεις για τη θεραπεία της γήρανσης, θα κολλήσουν σε αυτή τη διάρκεια ζωής. Ο James Vaupel έχει προβλέψει ότι το προσδόκιμο ζωής στις βιομηχανικές χώρες θα φτάσει τα 100 για τα παιδιά που γεννήθηκαν μετά το 2000 Ένας μεγάλος αριθμός βιογεροντολόγων που ερωτήθηκαν έχουν προβλέψει ότι το προσδόκιμο ζωής θα είναι άνω των τριών αιώνων για άτομα που θα γεννηθούν μετά το έτος 2100 Άλλοι επιστήμονες, πιο αμφιλεγόμενοι, προτείνουν τη δυνατότητα απεριόριστης διάρκειας ζωής για όσους ζουν σήμερα. Για παράδειγμα, ο Aubrey de Gray προσφέρει το "δοκιμαστικό χρονοδιάγραμμα" ότι με επαρκή χρηματοδότηση της έρευνας για την ανάπτυξη παρεμβάσεων στη γήρανση, όπως στρατηγικές για μηχανική αμελητέα γήρανση, "έχουμε 50/50 πιθανότητες ανάπτυξης τεχνολογίας μέσα σε περίπου 25 έως 30 χρόνια από τώρα αυτό, υπό εύλογες υποθέσεις σχετικά με το ρυθμό των επακόλουθων βελτιώσεων σε αυτήν την τεχνολογία, θα μας επιτρέψει να εμποδίσουμε τους ανθρώπους να πεθαίνουν από γήρανση σε οποιαδήποτε ηλικία". Η ιδέα αυτής της προσέγγισης είναι να χρησιμοποιήσει τη σημερινή διαθέσιμη τεχνολογία που υπάρχει για να παρατείνει τη διάρκεια ζωής των ανθρώπων που ζουν αυτή τη στιγμή αρκετά ώστε η μελλοντική τεχνολογική πρόοδος να επιλύσει τυχόν εναπομείναντα ζητήματα που σχετίζονται με τη γήρανση. Αυτή η έννοια έχει αναφερθεί ως ταχύτητα διαφυγής μακροζωίας . Η βιοϊατρική γεροντολογία, επίσης γνωστή ως πειραματική γεροντολογία και επέκταση ζωής, είναι ένας κλάδος της βιογεροντολογίας που προσπαθεί να επιβραδύνει, να αποτρέψει ή και ακόμη και να αναστρέψει τη γήρανση τόσο στους ανθρώπους όσο και στα ζώα.

 Οι βιογεροντολόγοι ποικίλλουν ως προς τον βαθμό στον οποίο επικεντρώνονται στη μελέτη της διαδικασίας γήρανσης ως μέσο μετριασμού των ασθενειών της γήρανσης ή ως μέθοδο για την παράταση της διάρκειας ζωής. Ένας σχετικά νέος διεπιστημονικός τομέας που ονομάζεται στα αγγλικά geroscience εστιάζει στην πρόληψη ασθενειών της γήρανσης και στην επέκταση της «περιόδου υγείας» κατά την οποία ένα άτομο ζει χωρίς σοβαρές ασθένειες. Η προσέγγιση των βιογεροντολόγων είναι ότι η γήρανση είναι ασθένεια αυτή καθεαυτή και πρέπει να αντιμετωπίζεται άμεσα, με απώτερο στόχο η πιθανότητα θανάτου ενός ατόμου να είναι ανεξάρτητη από την ηλικία τους (αν οι εξωτερικοί παράγοντες διατηρούνται σταθεροί). Αυτό έρχεται σε αντίθεση με την άποψη ότι η μέγιστη διάρκεια ζωής δεν μπορεί ή δεν πρέπει να αλλάξει. Η βιογεροντολογία δεν πρέπει να συγχέεται με τη γηριατρική. Η γηριατρική είναι ένας τομέας της ιατρικής που μελετά τη θεραπεία υπάρχουσας νόσου σε ηλικιωμένους ανθρώπους, παρά τη θεραπεία της ίδιας της γήρανσης. Υπάρχουν πολλές θεωρίες για τη γήρανση και καμία θεωρία δεν έχει γίνει πλήρως αποδεκτή. Στα άκρα τους, το ευρύ φάσμα των θεωριών γήρανσης μπορεί να κατηγοριοποιηθεί σε προγραμματισμένες θεωρίες - που υπονοούν ότι η γήρανση ακολουθεί ένα βιολογικό χρονοδιάγραμμα, και σε θεωρίες σφαλμάτων - που υποδηλώνουν ότι η γήρανση συμβαίνει λόγω σωρευτικής βλάβης που υφίστανται οι οργανισμοί. Οι στοχαστικές θεωρίες γήρανσης είναι θεωρίες που υποδηλώνουν ότι η γήρανση προκαλείται από μικρές αλλαγές στο σώμα με την πάροδο του χρόνου και την αποτυχία του σώματος να αποκαταστήσει το σύστημα και να επιδιορθώσει τις βλάβες στο σώμα. Τα κύτταρα και οι ιστοί τραυματίζονται λόγω της συσσώρευσης βλάβης με την πάροδο του χρόνου με αποτέλεσμα τη μειωμένη λειτουργία των οργάνων. Η έννοια της συσσωρευμένης βλάβης εισήχθη για πρώτη φορά το 1882 από τον βιολόγο Δρ. August Weismann ως τη θεωρία της «φθοράς». Οι θεωρίες φθοράς της γήρανσης άρχισαν να εισάγονται ακόμη τον 19ο αιώνα. Προτείνουν ότι καθώς το άτομο γερνάει, μέρη του σώματος όπως κύτταρα και όργανα φθείρονται από τη συνεχή χρήση. Η φθορά του σώματος μπορεί να αποδοθεί σε εσωτερικές ή εξωτερικές αιτίες που τελικά οδηγούν σε συσσώρευση προσβολών που ξεπερνούν την ικανότητα επισκευής. Εξαιτίας αυτών των εσωτερικών και εξωτερικών προσβολών, τα κύτταρα χάνουν την ικανότητά τους να αναγεννηθούν, κάτι που τελικά οδηγεί σε μηχανική και χημική εξάντληση. Ορισμένες προσβολές περιλαμβάνουν χημικές ουσίες στον αέρα, τα τρόφιμα ή τον καπνό. Άλλες προσβολές μπορεί να είναι πράγματα όπως ιοί, τραύματα, ελεύθερες ρίζες, διασταυρώσεις και υψηλή θερμοκρασία σώματος. Οι συσσωρευτικές θεωρίες της γήρανσης υποδηλώνουν ότι η γήρανση είναι η σωματική παρακμή που προκύπτει από συσσώρευση στοιχείων, είτε εισάγονται στο σώμα από το περιβάλλον είτε προκύπτει από τον μεταβολισμό των κυττάρων. Η θεωρία της συσσώρευσης μεταλλάξεων προτάθηκε για πρώτη φορά από τον Peter Medawar το 1952 ως μια εξελικτική εξήγηση για τη βιολογική γήρανση και τη σχετική μείωση της φυσικής κατάστασης που τη συνοδεύει. Η θεωρία εξηγεί ότι, στην περίπτωση που οι επιβλαβείς μεταλλάξεις εκφράζονται μόνο αργότερα στη ζωή, όταν η αναπαραγωγή έχει σταματήσει και η μελλοντική επιβίωση είναι ολοένα και πιο απίθανη, τότε αυτές οι μεταλλάξεις είναι πιθανό να μεταδοθούν εν αγνοία τους στις μελλοντικές γενιές. Σε αυτή την κατάσταση η δύναμη της φυσικής επιλογής θα είναι ασθενής, και άρα ανεπαρκής για να εξαλείψει με συνέπεια αυτές τις μεταλλάξεις. Ο Medawar υποστήριξε ότι με την πάροδο του χρόνου αυτές οι μεταλλάξεις θα συσσωρεύονταν λόγω γενετικής μετατόπισης και θα οδηγούσαν στην εξέλιξη αυτού που σήμερα αναφέρεται ως γήρανση. Οι ελεύθερες ρίζες είναι αντιδραστικά μόρια που παράγονται από κυτταρικές και περιβαλλοντικές διεργασίες και μπορούν να βλάψουν τα στοιχεία του κυττάρου όπως η κυτταρική μεμβράνη και το DNA και να προκαλέσουν μη αναστρέψιμη βλάβη. Η θεωρία της γήρανσης των ελεύθερων ριζών προτείνει ότι αυτή η βλάβη υποβαθμίζει αθροιστικά τη βιολογική λειτουργία των κυττάρων και επηρεάζει τη διαδικασία γήρανσης. Η ιδέα ότι οι ελεύθερες ρίζες είναι τοξικοί παράγοντες προτάθηκε για πρώτη φορά από τη Rebeca Gerschman και τους συνεργάτες του το 1945, αλλά έγινε γνωστή το 1956, όταν ο Denham Harman πρότεινε τη θεωρία των ελεύθερων ριζών της γήρανσης και μάλιστα έδειξε ότι οι αντιδράσεις των ελεύθερων ριζών συμβάλλουν στην υποβάθμιση των βιολογικών συστημάτων. Οξειδωτικές βλάβες πολλών τύπων συσσωρεύονται με την ηλικία, όπως το οξειδωτικό στρες που προκαλούν οι ελεύθερες ρίζες οξυγόνου, επειδή η θεωρία των ελεύθερων ριζών της γήρανσης υποστηρίζει ότι η γήρανση προκύπτει από τη βλάβη που δημιουργείται από τα αντιδραστικά είδη οξυγόνου (ROS). Τα ROS είναι μικρά, εξαιρετικά αντιδραστικά, μόρια που περιέχουν οξυγόνο και μπορούν να βλάψουν ένα σύμπλεγμα κυτταρικών συστατικών όπως το λίπος, τις πρωτεΐνες ή το DNA. παράγονται φυσικά σε μικρές ποσότητες κατά τη διάρκεια των μεταβολικών αντιδράσεων του σώματος. Αυτές οι καταστάσεις γίνονται πιο συχνές καθώς οι άνθρωποι μεγαλώνουν και περιλαμβάνουν ασθένειες που σχετίζονται με τη γήρανση, όπως η άνοια, ο καρκίνος και οι καρδιακές παθήσεις. Η ποσότητα των ελεύθερων ριζών στο κύτταρο μπορεί να μειωθεί με τη βοήθεια αντιοξειδωτικών . Αλλά υπάρχει ένα πρόβλημα ότι ορισμένες ελεύθερες ρίζες χρησιμοποιούνται από τον οργανισμό ως μόρια σήματος, και η υπερβολικά ενεργή γενική μείωση των ελεύθερων ριζών προκαλεί στον οργανισμό περισσότερο κακό παρά καλό. Πριν από λίγο καιρό η ιδέα της επιβράδυνσης της γήρανσης χρησιμοποιώντας αντιοξειδωτικά ήταν πολύ δημοφιλής, αλλά τώρα οι υψηλές δόσεις αντιοξειδωτικών θεωρούνται επιβλαβείς. Προς το παρόν, ορισμένοι επιστήμονες προσπαθούν να εφεύρουν προσεγγίσεις τοπικής καταστολής των ελεύθερων ριζών μόνο σε ορισμένα σημεία των κυττάρων. Η αποτελεσματικότητα μιας τέτοιας προσέγγισης παραμένει ασαφής, η έρευνα βρίσκεται σε εξέλιξη. Η βλάβη του DNA ήταν μια από τις κύριες αιτίες σε ασθένειες που σχετίζονται με τη γήρανση. Η σταθερότητα του γονιδιώματος ορίζεται από τον κυτταρικό μηχανισμό επιδιόρθωσης, ανοχής σε βλάβη και οδούς σημείου ελέγχου που εξουδετερώνει τη βλάβη του DNA. Μια υπόθεση που προτάθηκε από τον φυσικό Gioacchino Failla το 1958 είναι ότι η συσσώρευση βλάβης στο DNA προκαλεί γήρανση. Η υπόθεση αναπτύχθηκε σύντομα από τον φυσικό Λέο Σίλαρντ. Αυτή η θεωρία άλλαξε με τα χρόνια, καθώς νέα έρευνα ανακάλυψε νέους τύπους βλάβης και μεταλλάξεων του DNA, και αρκετές θεωρίες γήρανσης υποστηρίζουν ότι η βλάβη του DNA με ή χωρίς μεταλλάξεις προκαλεί γήρανση. Η βλάβη του DNA είναι σαφώς διαφορετική από τη μετάλλαξη, αν και και οι δύο είναι τύποι σφαλμάτων στο DNA . Η βλάβη του DNA είναι μια ανώμαλη χημική δομή στο DNA, ενώ μια μετάλλαξη είναι μια αλλαγή στην αλληλουχία των τυπικών ζευγών βάσεων. Η θεωρία ότι η βλάβη του DNA είναι η κύρια αιτία γήρανσης βασίζεται, εν μέρει, σε στοιχεία από ανθρώπους και ποντίκια ότι οι κληρονομικές ελλείψεις στα γονίδια επιδιόρθωσης του DNA συχνά προκαλούν επιτάχυνση της γήρανσης. Υπάρχουν επίσης ουσιαστικές ενδείξεις ότι η βλάβη του DNA συσσωρεύεται με την ηλικία στους ιστούς των θηλαστικών, όπως σε αυτούς του εγκεφάλου, των μυών, του ήπατος και των νεφρών (βλ. Μια προσδοκία της θεωρίας (ότι η βλάβη του DNA είναι η κύρια αιτία γήρανσης) είναι ότι μεταξύ των ειδών με διαφορετική μέγιστη διάρκεια ζωής, η ικανότητα επιδιόρθωσης της βλάβης του DNA θα πρέπει να συσχετίζεται με τη διάρκεια ζωής. Η πρώτη πειραματική δοκιμή αυτής της ιδέας ήταν από τους Hart και Setlow που μέτρησαν την ικανότητα κυττάρων από επτά διαφορετικά είδη θηλαστικών να πραγματοποιήσουν επισκευή DNA. Διαπίστωσαν ότι η ικανότητα επιδιόρθωσης εκτομής νουκλεοτιδίων αυξήθηκε συστηματικά με τη μακροζωία των ειδών. Αυτή η συσχέτιση ήταν εντυπωσιακή και προκάλεσε μια σειρά από 11 πρόσθετα πειράματα σε διαφορετικά εργαστήρια τα επόμενα χρόνια σχετικά με τη σχέση επιδιόρθωσης εκτομής νουκλεοτιδίων και διάρκεια ζωής σε είδη θηλαστικών (ανασκόπηση από τους Bernstein και Bernstein ). Γενικά, τα ευρήματα αυτών των μελετών έδειξαν καλή συσχέτιση μεταξύ της ικανότητας επισκευής εκτομής νουκλεοτιδίων και της διάρκειας ζωής. Περαιτέρω υποστήριξη για τη θεωρία ότι η βλάβη του DNA είναι η κύρια αιτία γήρανσης προέρχεται από τη μελέτη των πολυμερασών ριβόζης Poly ADP (PARPs). Τα PARP είναι ένζυμα που ενεργοποιούνται από θραύσματα κλώνου DNA και παίζουν ρόλο στην επιδιόρθωση της εκτομής της βάσης του DNA. Οι Burkle και άλλοι επανεξέτασαν στοιχεία ότι τα PARPs, και ιδιαίτερα η PARP-1, εμπλέκονται στη διατήρηση της μακροζωίας των θηλαστικών. Η διάρκεια ζωής 13 ειδών θηλαστικών συσχετίστηκε με την ικανότητα πολυ(ADP ριβοσυλ)ιόντος που μετρήθηκε σε μονοπύρηνα κύτταρα. Επιπλέον, λεμφοβλαστοειδείς κυτταρικές σειρές από λεμφοκύτταρα περιφερικού αίματος ανθρώπων ηλικίας άνω των 100 ετών είχαν σημαντικά υψηλότερη ικανότητα πολυ(ADP-ριβοσυλίωσης) από τις κυτταρικές σειρές ελέγχου από νεότερα άτομα. Η θεωρία της διασύνδεσης προτείνει ότι τα προηγμένα τελικά προϊόντα γλυκοζυλίωσης (σταθεροί δεσμοί που σχηματίζονται από τη δέσμευση της γλυκόζης με τις πρωτεΐνες) και άλλες ανώμαλες διασταυρώσεις που συσσωρεύονται στους γηρασμένους ιστούς είναι η αιτία της γήρανσης. Η διασύνδεση των πρωτεϊνών απενεργοποιεί τις βιολογικές τους λειτουργίες. Η σκλήρυνση του συνδετικού ιστού, οι παθήσεις των νεφρών και η διεύρυνση της καρδιάς συνδέονται με τη διασύνδεση των πρωτεϊνών. Η διασταύρωση του DNA μπορεί να προκαλέσει σφάλματα αντιγραφής και αυτό οδηγεί σε παραμορφωμένα κύτταρα και αυξάνει τον κίνδυνο καρκίνου . Οι γενετικές θεωρίες της γήρανσης προτείνουν ότι η γήρανση προγραμματίζεται μέσα στα γονίδια κάθε ατόμου. Σύμφωνα με αυτή τη θεωρία, τα γονίδια υπαγορεύουν την κυτταρική μακροζωία. Ο προγραμματισμένος κυτταρικός θάνατος ή η απόπτωση προσδιορίζεται από ένα «βιολογικό ρολόι» μέσω γενετικών πληροφοριών στον πυρήνα του κυττάρου. Τα γονίδια που είναι υπεύθυνα για την απόπτωση παρέχουν μια εξήγηση για τον κυτταρικό θάνατο, αλλά είναι λιγότερο εφαρμόσιμα στον θάνατο ενός ολόκληρου οργανισμού. Η αύξηση της κυτταρικής απόπτωσης μπορεί να σχετίζεται με τη γήρανση, αλλά δεν αποτελεί «αιτία θανάτου». Οι περιβαλλοντικοί παράγοντες και οι γενετικές μεταλλάξεις μπορούν να επηρεάσουν την έκφραση των γονιδίων και να επιταχύνουν τη γήρανση. Πιο πρόσφατα η επιγενετική έχει διερευνηθεί ως παράγοντας που συμβάλλει. Το επιγενετικό ρολόι, το οποίο μετρά σχετικά αντικειμενικά τη βιολογική ηλικία των κυττάρων, είναι χρήσιμο εργαλείο για τη δοκιμή διαφορετικών προσεγγίσεων αντιγήρανσης. Το πιο διάσημο επιγενετικό ρολόι είναι το ρολόι του Horvath, αλλά τώρα έχουν ήδη εμφανιστεί πιο ακριβή ανάλογα. Οι γενικές θεωρίες ανισορροπίας της γήρανσης υποδηλώνουν ότι τα συστήματα του σώματος, όπως το ενδοκρινικό, το νευρικό και το ανοσοποιητικό σύστημα, σταδιακά φθίνουν και τελικά αποτυγχάνουν να λειτουργήσουν. Το ποσοστό αποτυχίας ποικίλλει από σύστημα ανά σύστημα. Η ανοσολογική θεωρία της γήρανσης υποδηλώνει ότι το ανοσοποιητικό σύστημα εξασθενεί καθώς γερνάει ένας οργανισμός. Αυτό καθιστά τον οργανισμό ανίκανο να καταπολεμήσει τις λοιμώξεις και λιγότερο ικανό να καταστρέψει τα παλιά και νεοπλασματικά κύτταρα . Αυτό οδηγεί στη γήρανση και τελικά θα οδηγήσει σε θάνατο. Αυτή η θεωρία της γήρανσης δημιουργήθηκε από τον Roy Walford το 1969. Σύμφωνα με τον Walford, οι λανθασμένες ανοσολογικές διαδικασίες είναι η αιτία της διαδικασίας της γήρανσης. Ο Walford, ο οποίος δήλωσε ότι το βελτιστοποιημένο καθεστώς υγείας του θα του επέτρεπε να ζήσει έως τα 120, πέθανε από πλάγια αμυτροφική σκλήρυνση σε ηλικία 79 ετών.