Kristýna Kárová: Mícha je fascinující součást centrální nervové soustavy

Jak se člověk stane vědcem? Zkuste se ohlédnout za svou cestu od malé holčičky k vědkyni.

Cest k vědě je jistě spousta. Já jsem si zprvu říkala, že se mi to stalo samo od sebe, aniž bych to nějak plánovala. V určitou chvíli jsem si ale uvědomila, že jsem se tím směrem vydávala už od mala a že to možná úplně náhoda není. Po rodičích jsem chtěla encyklopedie o přírodě a o vesmíru nebo dětský mikroskop či teleskop. Zájem o přírodu a zejména o biologii jsem tak měla už jako malá holka. Jednou jsem si dokonce domů nanosila brouky ruměnice, že je budu chovat. No, bohužel pro mě se to pochopitelně neshledalo s velkým úspěchem. Celkem přirozeně jsem nastoupila na gymnázium, které mě připravilo ke studiu biologie, chemie a posléze imunologie na vysoké škole. Imunologie mě zaujala právě na gymnáziu díky skvělému panu učiteli RNDr. Michalu Hruškovi. Sálala z něho tak pozitivní energie a láska k biologii, že určitě nejsem jediná, koho inspiroval. 

A jak jste se vlastně dostala k bádání, které souvisí s míchou?

V podstatě náhodou. Už když jsem studovala imunologii jsem se chtěla věnovat i neurovědám a přála jsem si pracovat na výzkumu roztroušené sklerózy, o které jsem předtím napsala bakalářskou práci. Nepovedlo se mi ale najít si vhodnou laboratoř k diplomovému projektu, a tak mě možnosti odvály úplně jinam. Když jsem pak studium dokončila, dala jsem si pro doktorské studium kritéria: chtěla jsem se věnovat neurovědám, abych lépe porozuměla fungování mozku a zároveň mě lákalo studium technologií kmenových buněk. A tak jsem si našla laboratoř paní docentky Pavly Jendelové, která byla perfektní, jen se ale zabývali především míchou a jejím poraněním namísto mozku. Ke skupině jsem se přidala a jsem za to velmi ráda, mícha je fascinující součást centrální nervové soustavy.

Popište nám prosím srozumitelnými slovy, jak se snažíte přeprogramovávat neurony.

Díky mnoholetým výzkumům laboratoří po celém světě se objasnily některé molekulární mechanismy, které jsou důležité pro vývoj centrální nervové soustavy včetně růstu axonů a jejich navádění v mezibuněčném prostoru. Ukázalo se, že když se dospělé neurony správně postrčí (přeprogramují), tak je možné tyto mechanismy aktivovat a dosáhnout různých úrovní regenerace a plasticity. Jako velmi efektivní k tomuto přeprogramování se jeví genová terapie, kdy jsme schopni doručit do neuronů sekvenci genu, na jejímž základě následně neuron vyrobí svůj vlastní protein. Právě tento protein potom znovu aktivuje biologické procesy, které jsou podkladem růstu a které jsou ve zralém centrálním nervovém sytému ukončeny, a proto se protein přirozeně v neuronu už nevyrábí.

Jakou roli hrají v synapsích neuronové výběžky zvané axony?

Axony jsou nezbytnou součástí neuronů, bez nich nervový systém nemůže fungovat. Na axonu se nachází první část synapse. Ta druhá se nachází na výběžcích a tělech jiných neuronů, tento pár pak zprostředkovává tok informace pomocí neurotransmiterů. Prostřednictvím axonů a synapsí neurony vytváří organizovanou komunikační síť tak, aby organismus mohl vyhodnotit vnitřní a vnější podněty a reagovat na ně. Právě přes axony se na popud synapsí šíří elektrický signál z neuronu na neuron či z neuronu na sval, což je základem pohybu. V míše se kromě těl neuronů a gliových buněk nachází obrovské množství axonů. Některé přenáší z periferie senzorické informace jiné naopak pokyny do periferie k vykonání pohybu. Po míšním poranění se tyto informace nemohou dostat na správné místo a dochází tak k závažným senzorickým a motorickým deficitům.    

Co si máme představit pod pojmem virové vektory?

V jedné z předchozích otázek jsme mluvili o genové terapii a přeprogramování neuronů. Základem genové terapie jsou právě virové vektory. Jsou to vlastně schránky virových částic, které jsou zbaveny svého přirozeného obsahu, a tak nepředstavují riziko šíření infekční nákazy. Ve výzkumu je využíváme zejména pro jejich schopnost vniknout do buňky a doručit do ní genovou sekvenci vybraného proteinu čímž se můžou spustit procesy regenerace.  

Jak je to s laboratorními potkany? Uměle jim přerušujete míchu – a pak zkoušíte, jak budou schopni reagovat na vaše podněty?

Modelování míšního poranění je velmi složité a nelze jej plně pochopit pouze prací s buněčnými kulturami. Ta nám umožňuje sledovat chování jednotlivých buněk nebo růst neurálních výběžků. Získáme tak informace například o tvz. signalizačních drahách, které regulují chování buňky. Pokud kultivujeme neurony, můžeme dokonce pozorovat, jestli jim po nějaké manipulaci začnou růst nové výběžky, a tak identifikovat možné směry léčby. Komplexní interakce imunitního systému, neuronů, gliových buněk a kompenzačních mechanismů ale existují pouze v rámci celého organismu. Proto se využívají standardizované modely míšního poranění u laboratorních potkanů. Přestože moderní technologie a pokročilé postupy nabízejí stále širší možnosti, věda se zatím bez laboratorních zvířat neobejde. K práci s nimi přistupujeme s respektem, pokorou a maximální péčí. Veškeré experimenty – včetně chovu, manipulace a samotných zákroků – podléhají přísným legislativním požadavkům. Na jejich dodržování dohlíží i Státní veterinární správa.  

U modelů míšního poranění dojde k definovanému funkčnímu deficitu motoriky a senzoriky, které následně monitorujeme a hodnotíme v čase pomocí behaviorálních testů, například testy síly uchopení kovové příčky nebo schopností manipulace s malými předměty. Díky těmto modelům pak můžeme efektivněji studovat i míšní tkáň, ve které můžeme analyzovat nově regenerované axony, jejich synapse a mnoho dalších ukazatelů.

Jaká je šance – a jak dlouhá cesta k realizaci – že to, co funguje u potkanů, zafunguje i u člověka?

Výsledky získané z práce s laboratorními potkany jsou důležitým krokem, ale neumožňují s jistotou předvídat, jak by stejný postup fungoval u člověka. S narůstající složitostí organismu roste i náročnost dosažení regenerace nervového systému. Z toho plyne, že účinná strategie u potkana nemusí mít stejnou terapeutickou sílu v lidském organismu. I proto je základní výzkum tak důležitý. Díky němu můžeme odhalit procesy společné napříč druhy, které jsou všeobecným podkladem regenerace a které se můžeme pokusit spustit. Nebo můžeme najít unikátní molekulární program v méně složitém organismu a pokusit se jej aplikovat v komplexnějším modelu. Míšní poranění je mimořádně složitý stav, na němž se podílí velké množství biologických procesů a každý jednotlivý nebo jejich kombinace mohou představovat terapeutický cíl. 
V případě úspěchů v modelu laboratorního potkana je potřeba nejprve léčbu otestovat také v dalších zvířecích modelech, například na praseti a dále v modelu primáta (makak rhesus), který se člověku z laboratorních zvířat nejvíce přibližuje. Teprve potom, co je dostatečně prokázaná účinnost léčby na více modelech, může terapie pokročit do klinických studií. Ty mají zpravidla tři postupné, náročné fáze, které vyhodnocují bezpečnost, dávkování a efektivitu terapie. Cesta z laboratoře k pacientům je tak opravdu dlouhá a nejistá.  

Myslíte si, že někdy v budoucnu bude možné „opravit míchu“?

V posledních letech vědci výrazně pokročili v bionických strategiích a obcházení míšního poranění například prostřednictvím mozkomíšního rozhraní. Očekávám, že dojde v tomto odvětví k dalším průlomům a alespoň některým pacientům s míšním poraněním to do určité míry bude moci usnadnit život. Nicméně biologické řešení je dle mého názoru tomu bionickému nadřazené. Bohužel je však jeho rozklíčování stále vzdálené. Myslím si, že centrální nervový systém má regenerační kapacitu dostatečnou, ale zdá se, že se jí systém sám aktivně brání na různých úrovních. Věřím, že opravit míchu biologicky bude jednou možné a věnovat se tomuto výzkumu má velký smysl.  

Máte nějaký vzkaz pro čtenáře Vozejkova?

Čtenářům Vozejkova bych chtěla vzkázat, že ve světě existuje silná komunita vědců a vědkyň, kteří se snaží o pochopení míšního poranění a hledají vhodný způsob terapie. Jsou to skutečně motivovaní lidé, kteří i přes časté neúspěchy stále posouvají hranice poznání a nová zjištění aplikují k vývoji experimentální léčby.  

Foto: Jana Plavec / Akademie věd ČR – viz https://www.avcr.cz/cs/veda-a-vyzkum/aktuality/Jak-opravit-michu-Kristyna-Karova-zkouma-moznosti-obnovy-nervovych-bunek/

Rozhovor vedl: Jan Spěváček