Česká vědkyně donutila růst neurony. Jde o úspěch, který ve světě nemá obdoby

Vědcům z Ústavu experimentální medicíny AV ČR se pomocí genové terapie podařilo „obelstít“ přírodu a obnovit regeneraci axonů v myších.

Axony jsou výběžky neuronů klíčové při přenosu informací mezi nervovými a dalšími buňkami. Hlodavci s přerušenou míchou díky jejich obnově znovu získali cit v končetinách. Regenerace byla dokonce tak výrazná, že axony překonaly vzdálenost čtyři až pět centimetrů, což dává naději na budoucí využití metody u lidí.

Vedoucí týmu Pavla Jendelová v rozhovoru pro Seznam Zprávy vysvětluje, že k tomu je ještě dlouhá cesta, neskrývá ale, že jde o velký úspěch, který ve světě nemá obdoby. Vyloučené podle ní není ani využití metody k regeneraci motorických neuronů, což by v budoucnu mohlo znamenat obnovení nejen citu, ale i hybnosti končetin, a tedy i chůze.

„Už v hieroglyfech ze starého Egypta je obrázek lvice, která má v sobě zaražený šíp a má ochrnuté zadní nohy a je pod ní napsáno, že nikdy nebude chodit. Ani za ty tisíce let jsme se zatím definitivně neposunuli, ale já věřím, že i toto dogma jednou padne,“ říká vědkyně v rozhovoru pro Seznam Zprávy.

Co přesně se ve vašem výzkumu myslí pojmem „genová terapie“?

Nejde o klasickou genovou terapii. Ta totiž obyčejně nahrazuje nebo upravuje poškozený gen, který je dědičný a který většinou nějak souvisí s dědičným onemocněním. My děláme trošku něco jiného; dalo by se to nazvat spíš genovou manipulací.

My v neuronech neopravujeme žádné dědičné poruchy. Neurony v míše jsou úplně zdravé a normální, jen během svého zrání ztratily schopnost exprimovat určité molekuly, které potřebují k růstu během svého embryonálního vývoje. Přirozeně neurony tuto schopnost ztratí, protože ji za normálních okolností nepotřebují. Příroda nedělá nic samoúčelně, takže růst neuronů utlumila, protože – řekněme – nepředpokládala, že bude někdy potřeba nervovou tkáň regenerovat.

My jsme poškodili senzorickou dráhu a do odpovídajících neuronů vložili gen, který byl aktivní v době embryonálního růstu.

A ony skutečně rostly. Jak jedinečné něco takového vlastně je? Jste první, komu se to povedlo?

Ano. Alespoň, pokud vím, na tak velkou vzdálenost v poraněné míše. Experimenty využívající genovou manipulaci byly úspěšně provedeny i v optickém nervu, ale tam je regenerace o něco jednodušší.

Jak to jde dohromady s tím, že například německým a americkým vědcům se v roce 2021 povedlo myši s přerušenou míchou dokonce rozpohybovat?

Rozchodit zvíře či jakkoliv zlepšit jeho motorické vlastnosti a dosáhnout regenerace axonů, to jsou dvě různé věci. Strategií, jak se pokusit snížit následky poranění míchy i bez skutečné regenerace axonů, je celá řada. Může jít třeba o snížení zánětu v akutní fázi úrazu, kdy se povede zabránit rozvoji míšního poranění v čase. U míšního poranění je problém v tom, že poté, co dojde k nějakému úderu a poškození, buňky v místě poranění odumřou, uvolní se z nich glutamát, který je pro okolní buňky toxický a domino efektem se poranění rozšíří po podélné ose.

Můžeme si to představit jako jizvu?

Spíše jako stav, ke kterému dochází, než se jizva udělá. Na začátku může být jen malá rána, ale ta se rozevře podobně jako oko na punčoše. Jizva se začne vytvářet právě proto, aby se poranění ohraničilo.

Jenže když pak axony zkouší regenerovat, narazí na jizvu a mají problém, protože ji nedokáží překonat.

A tím se dostáváme k těm již zmiňovaným různým dalším strategiím – mohou se do oblasti poranění třeba vložit nezralé neurony vzniklé z kmenových buněk, které poranění překlenou a vytvoří funkční spoje s neurony příjemce. Narážím tím na vámi zmiňovaný výsledek americké studie skupiny profesora Tuszynskeho. Jiné strategie jizvu rozpustí pomocí enzymu a neurony pak mají šanci vytvořit nové výběžky a spoje. Mluvíme pak o zvýšené plasticitě nervové tkáně.

Většina strategií usiluje o propojení nových výběžků axonů na zbytková vlákna, která v místě zranění zůstala. V drtivé většině případů totiž při zranění u lidí nedochází k úplnému přerušení míchy, ale spíš ke zhmoždění, kdy nějaké zbytky tkáně v okolí poranění přežijí a dá se s nimi pak pracovat.

To, co jsme udělali my, ale zahrnuje opravdu růst na dlouhou vzdálenost. Tím je náš výzkum jedinečný. Poškozená vlákna neuronů – axony si znovu nastartovaly schopnost regenerace, kterou měly v embryonálním vývoji, a dorostly v potkanech z hrudní oblasti až do prodloužené míchy, tedy čtyři až pět centimetrů. Využili jsme molekuly mezibuněčné hmoty obsažené v jizvě jako povrch, po kterém mohly axony růst.

Proč jste se zaměřili na senzorické neurony, které ovlivňují cit, a nepustili se rovnou do těch, které souvisejí s pohybem?

Protože senzorické neurony mají lepší schopnost transportovat molekuly potřebné pro růst buněk do svých výběžků… Ale tohle bych asi měla vysvětlit víc zeširoka. Jakákoliv nervová buňka potřebuje k růstu kontakt s povrchem. Žádná neporoste ve vzduchu nebo v tekutině. No a aby se mohla plazit po nějakém povrchu, potřebuje pro něj receptory, přičemž pro různé povrchy existují různé receptory. Senzorické neurony jsou pro nás zajímavé tím, že si uchovaly schopnost transportovat receptory až na konec svého poraněného axonu, který roste míchou do mozku.

Motorické neurony vedou – na rozdíl od senzorických neuronů – informaci opačným směrem, tedy z mozku přes míchu do svalů. Hlavně jsou ale více specializované a zmiňovanou schopnost transportu receptorů, ale i dalších molekul ztratily.

Když na chvíli odhlédneme od toho, že jde stále o základní výzkum na laboratorních potkanech, k čemu by se dala tato regenerace senzorických neuronů využívat?

Senzorický neuron vede informaci o citu. Praktickým využitím by tedy bylo vrácení citu tam, kde ho lidé kvůli poranění míchy ztratili.

Lidé s poraněnou míchou mívají problémy s proleženinami, protože necítí, že je něco bolí. Popravdě řečeno je ale častým problémem i ztráta citu v oblasti genitálií. Například muži si po ochrnutí sice mohou vzít viagru, ale pořád nic necítí. My jsme nejdřív zkoušeli obnovit cit v končetinách, ale hned dalším krokem bude právě tato oblast. Motorika a obnova chůze je takovým zlatým grálem, ke kterému všichni chtějí dospět, ale myslím si, že i navrácení citu by mohlo lidem zvýšit kvalitu života.

Vaše metoda je na motorické neurony definitivně nepoužitelná, nebo by se na to mohlo v budoucnu něco změnit?

Potřebovali bychom obnovit ještě nějaký transportní mechanismus, kterým bychom mohli dostat receptory potřebné pro růst axonů do jejich poškozeného konce, což není tak jednoduché. Zatím zkoušíme podpořit růst axonů přes expresi signálních molekul. Toto je hůř vysvětlitelné, ale zjednodušeně řečeno: motorickým neuronům v mozku jsme opět pomocí virového vektoru aplikovali gen pro enzym podporující lokální migraci růstového kužele, který je na konci axonu. Konkrétně jsme „genově manipulovali“ motorickou dráhu, která vede z mozkové kůry k míšním motoneuronům a u lidí je zodpovědná například za jemnou motoriku.

Tvorba příslušného proteinu v poškozených axonech umožnila částečnou regeneraci motorických neuronů po míšním poranění, ale bohužel ne tak robustně jako u senzorických neuronů. Tam to bylo skutečně na vzdálenost čtyři až pět centimetrů, zatímco tady se bavíme asi o centimetru. Léčeným potkanům se ale i tak zlepšila motorika předních končetin.

A to je o kolik méně, než je potřeba?

Centimetr už je alespoň nějaká vzdálenost. Nejsou to milimetry. Když se ale bavíme o poraněné míše u člověka, potřebovali bychom „opravit“ právě zhruba čtyři centimetry. To znamená, že u smyslových neuronů se už pohybujeme v potřebných vzdálenostech, zatímco u motorických jsme zatím jen na jedné čtvrtině.

Můžete ještě přiblížit proces vaší metody? Odkud berete ty zmiňované geny, jak je nastavujete tak, aby dělaly, co je potřeba?

Nejdřív se musí vyrobit plazmid. My jsme ho konkrétně dostali z Cambridge, ale vyrábějí ho i různé firmy na zakázku. Jde v podstatě o část DNA a zjednodušeně řečeno asi můžeme říct, že zabalíme genetickou informaci do malé molekuly, která v sobě má konkrétní gen.

Další krok pro nás dělali v Amsterdamu a šlo o vložení plazmidu do virového vektoru, který je vhodný pro použití u nedělících se buněk, jakými jsou neurony.

Virové částice se následně namnoží, zamrazí a při vlastním experimentu se pomocí jemné injekční stříkačky píchnou na místo určení, například do těla smyslových neuronů. Pak se nějakou dobu čeká. V buňkách se vložená genetická informace začne vytvářet asi po třech týdnech a pak samozřejmě nějakou dobu trvá růst samotného axonu. My jsme čekali asi tři měsíce. Po celou dobu jsme zvířata testovali různými testy a pozorovali, jak se jim postupně asi od šestého týdne po operaci vrací do tlapek cit.

Dokážete říct, jak dlouhá ještě zhruba může být cesta k případné aplikaci vašeho výzkumu?

Řekla bych, že zatím jsme stále ve fázi, kdy se snažíme pochopit principy, které se v daných neuronech odehrávají a které vedou k vlastní regeneraci. Ještě všem nerozumíme. Až budeme zase o něco chytřejší, bude mnohem snazší najít způsob, jak je využít v léčebných metodách.

Jinak je mi známo, že se jedná o možnosti aplikovat regeneraci senzorických neuronů na opicích na Kalifornské univerzitě v San Diegu. Zatím je ale vše ve schvalovacím řízení. Mohl by být problém v tom, že by přes etickou komisi neprošel postup píchání virových vektorů s geny přímo do těla neuronů, ale aplikovaly by se pomocí lumbální punkce v oblasti míchy, což by vyžadovalo mnohem větší množství vyrobeného vektoru. Nicméně skutečnost, že se vůbec uvažuje o aplikaci na opicích, svědčí o tom, že tu nějaký translační potenciál může být.

Znovu chci ale připomenout, že jsme ve stadiu proof of concept (prokázání proveditelnosti určitého konceptu). Obnovili jsme zatím cit jen pro přední, nebo zadní nohy. Když bychom chtěli obnovit cit například pro oblast genitálu, budeme muset injektovat do jiného místa, které je mnohem hůře dostupné. Nevíme, jestli je naše metoda univerzální, musíme také zjistit, jestli bude fungovat i v případě, že ji provedeme až delší dobu poté, co došlo k míšnímu poranění. A celkově zbývá ještě hodně nezodpovězených otázek.

Sama jste naznačila, že vlastně měníte pravidla přírody. Jaký je to pocit? Předpokládám, že to, co teď děláte, bylo ještě třeba v době, kdy jste studovala a začínala s vědeckou prací, považováno za nemožné…

My jsme se učili hodně věcí, o kterých se dnes už ví, že nejsou pravda. Například, že počet neuronů v mozku je daný a člověk už je v průběhu života může jen ztrácet. Dneska víme, že v mozku jsou oblasti, kde vznikají nové neurony.

Dogmata ale padají.

Nakonec už v hieroglyfech ze starého Egypta je obrázek lvice, která má v sobě zaražený šíp a má ochrnuté zadní nohy a je pod ní napsáno, že nikdy nebude chodit. Ani za ty tisíce let jsme se zatím definitivně neposunuli, ale já věřím, že i toto dogma jednou padne.