Potřebuju podrbat na nose, vyhodnotí mozek a vyšle motorickou drahou míchy signál do svalů ruky, která úkol urychleně splní. To už ale v protisměru putuje nahoru do mozku senzorickou míšní drahou z prstů u nohou zpráva o tom, že se do jejich konečků pouští zima. A náš řídící orgán okamžitě vysílá míšními trakty do těla další pokyny, aby se pocitu chladu zbavil. V míše je zkrátka pořádný šrumec. O přenos informací se v této necelého půl metru dlouhé neurální trubici tlusté jako palec stará asi třináct a půl milionu nervových buněk neboli neuronů.
„Neuron vypadá trochu jako ruka. Dlaň představuje buněčné tělo, prsty zase dendrity, což jsou krátké výběžky, které přijímají vzruchy. Předloktí se podobá dlouhému výběžku jménem axon, jenž se pomocí synapse napojuje na další neurony a informace přenáší,“ vysvětluje neurovědkyně Kristýna Kárová z oddělení regenerace nervové tkáně Ústavu experimentální medicíny AV ČR. Zatímco dendritů může mít nervová buňka tisíce, axon má vždy pouze jeden. Ale pořádný – měřit totiž může i metr.
Signál se mezi neurony šíří díky kombinaci elektřiny a chemie a v míše cestuje rychlostí až sto dvacet metrů za sekundu. I na této vymakané dálnici však může zkolabovat doprava. To když se mícha i přes všechny ochranné snahy páteře poškodí…
Tudy cesta nevede
Úraz, různá onemocnění či nádor. To jsou nejčastější důvody poranění míchy neboli míšní léze. V místě újmy se přeruší tok informací mezi mozkem a zbytkem těla, což většinou způsobí nejen poruchy motoriky, ale i senzoriky, nebo dokonce autonomního systému, který ovládá funkce vnitřních orgánů. Čím výš se přitom léze nachází, tím rozsáhlejší má následky.
„V míše vznikne jasně ohraničená díra neboli kavita, přes kterou neprochází signál. V okolí léze se vytvoří takzvaná gliová jizva, která poškození izoluje od zbytku tkáně a blokuje snahu axonů místem prorůstat,“ popisuje Kristýna Kárová. Většinou tak poraněním zasažené axony už jen nečinně „sedí“ a jejich konce degenerují.
Ty akčnější však někdy projeví snahu situaci zachránit a pokouší se lézi obrůst. K vzkříšení narušených spojů ale jejich spontánní pachtění nestačí. Tedy alespoň ne u člověka. Výzkumníci na celém světě si proto dlouhé roky lámou hlavu s tím, jak tyto bezradné výběžky neuronů k regeneraci postrčit. Nastartovat jejich obnovu v motorických drahách míchy a vrátit tak tělu původní hybnost se se svými kolegy snaží i Kristýna Kárová. A to za pomoci genové terapie.
Zapomenutý recept PI3K-delta.
Tak se jmenuje růst podporující protein ze skupiny kináz, který je jakýmsi tahounem vývoje centrální nervové soustavy. V době, kdy neurony vznikají, je tohoto enzymu všude v těle plno. Když už si ale nervové buňky vytvoří synapse a hezky se v nervové síti uhnízdí, produkce kinázy přirozeně opadne. Neurony prostě přejdou z akčního módu k usedlejšímu způsobu života. Podobně jako když puberťák dospěje.
Co takhle zralým neuronům oživit vzpomínky na mládí a připomenout jim, jak se divoká kináza „vaří“?, napadlo už v roce 2007 německé neurovědce. A v enzymem nabuzených buňkách se začaly dít zajímavé věci. Výzkumníci v Cambridge se pak vrhli do kinázových pokusů na buněčných kulturách a léty experimentů dokázali, že tento protein povzbuzuje regeneraci kortikálních neuronů. „Navázali jsme na poznatky zahraničních kolegů a zkusili jsme pomocí kinázy stimulovat obnovu axonů v poškozené míše potkanů. Neuronům v motorické kůře jejich mozku jsme vlastně podsunuli recept na tento ‚akční‘ protein, a přiměli jsme tak buňky, aby se zase pustily do jeho výroby,“ líčí Kristýna Kárová.
Výsledky pokusů domněnky o síle kinázy potvrdily – týmu mladé vědkyně se za pomoci PI3K-delta podařilo aktivovat u poraněných hlodavců signalizační dráhu podporující regeneraci a modulovat tak transport molekul do axonů. Jinými slovy: výzkumníci donutili „zmrzačené“ axony růst a zapojit se.
Virus jako poslíček
Onen důležitý recept vědci potkanům doručili obyčejnou injekcí. Umožnila jim vpravit do příslušné části jejich mozku speciálně upravenou virovou částici s genetickou informací, která neurony k produkci kinázy přesvědčila. „Jde o virus, který zvíře nijak neohrožuje, protože se nedokáže sám množit. Umí se ale dostat do určitých buněk, takže nám slouží v podstatě jako obálka, jejímž prostřednictvím můžeme poslat neuronům potkana zprávu s úkolem,“ vypráví neurovědkyně.
Co přesně tedy řádění kinázy v těle hlodavců způsobilo? Histologická analýza ukázala, že v jejich míše vzniklo pod vlivem proteinu množství nových axonů. Ty narušené si pak s překážkou v podobě zranění poradily tak, že ho začaly všemožně obrůstat a protáhly se zhruba o jeden centimetr. Elektrofyziologické vyšetření navíc odhalilo, že jen u růstu výběžky nezůstaly – zvládly se i znovu zapojit do neuronové sítě. „Když jsme stimulovali daný míšní trakt, naměřili jsme pomocí elektrod signál i pod lézí a dokonce ve svalech. Jednoduše řečeno: impulz zranění překonal a dostal se tam, kam měl,“ ujasňuje Kristýna Kárová.
Cukrový pohon
Potkani mají rádi cukr. A právě toho badatelé využívají, když testují, zda a jak se histologicky doložený „restart“ axonů odráží v pohybových schopnostech těchto laboratorních zvířat. Sladkou odměnu jim chystají třeba na různě vysoké schůdky nebo na opačný konec horizontálního žebříku s odlišně velkými mezerami mezi příčkami. Následně hlodavce do sladkého ráje vypustí a počítají, kolik cukříků spořádají za určitou dobu nebo jak zdatně žebřík přejdou. Tyto úkoly vědci nejprve trénují se zdravými zvířaty. Pak takzvaným behaviorálním testům podrobují hlodavce s míšním zraněním v oblasti dorzálního kortikospinálního traktu, kterým aplikovali genovou terapii.
„Poranění se u potkanů projevuje deficitem předních tlapek. Nejsou zcela ochrnutí, ale mají pohybové problémy. Různě se na žebříčku nebo schodech smekají, propadají se, nemají tak dobrou rovnováhu, nedaří se jim jemné úchopy… Naše testy však dokazují, že během čtyř měsíců od podání receptu na kinázu se jejich motorika výrazně zlepšila,“ pochvaluje si Kristýna Kárová.
Cit v potkaní tlapce
Vědci z Ústavu experimentální medicíny AV ČR se věnují také rekonstrukci senzorických (vzestupných) drah míchy, tedy obnově citlivosti po míšním poranění. Loni se jim v rámci projektu Neurorecon, na němž se podílel i neurovědec James Fawcett z Univerzity v Cambridge, podařilo za pomoci genové terapie vrátit potkanům citlivost zadních končetin téměř až na úroveň před zraněním. Narušené axony hlodavců dorostly do délky čtyř až pěti centimetrů, což je úspěch, který nemá ve světě obdoby.
Naděje pro ochrnuté?
Po pěti letech intenzivní práce na projektu se nyní tým neurovědkyně chystá slibné výsledky svého bádání publikovat. Současně vyhodnocuje dlouhodobou studii o účincích kinázy v těle potkana po roce od podání terapie. Také ona se jeví optimisticky. Není proto divu, že úspěchy výzkumu budí v lidech s míšním poraněním naději. Finančně ho podpořila dokonce i Mezinárodní nadace pro výzkum paraplegie se sídlem ve Švýcarsku.
Kristýna Kárová se však raději drží při zemi. „Náš přístup sice má potenciál, ale vyvíjíme experimentální léčbu, takže cesta k aplikaci našich poznatků na člověka je ještě opravdu dlouhá. Obnáší léta dalších, hlavně chronických studií na potkanech a následně na jiných živočišných druzích, jako jsou opice nebo prasata. Ani pak ale nemusí být vyhráno,“ tlumí přílišné nadšení badatelka.
Naráží na fakt, že vědci po celém světě už se v minulosti mnohokrát přesvědčili, že to, co se při experimentech na zvířecích modelech úžasně osvědčilo, nemusí působit stejně dobře v těle lidském. „Bez víry by ale tahle práce dělat nešla. Takže upřímně doufám, že se jednou rozhýbat člověka s poraněnou míchou podaří,“ nevzdává se vědkyně.
Neuronová dálnice pod drobnohledem
Mícha vybíhá ze spodní části mozku (navazuje na prodlouženou míchu), prochází páteřním kanálem a končí na úrovni prvního nebo druhého bederního obratle. Je obalena míšními obaly a omývána mozkomíšním mokem. Skládá se z 31 segmentů, z toho je 8 krčních (C1–C8), 12 hrudních (Th1–Th12), 5 bederních (L1–L5), 5 křížových (S1–S5) a 1 kostrční (Co1). Segmenty se nacházejí v odpovídajících částech páteře a z každého z nich vychází jeden pár míšních nervů.
Když se mícha porouchá
Podle rozsahu a místa poškození odborníci rozlišují tyto základní skupiny míšních poranění: Kvadruplegie – ochrnutí horních i dolních končetin po zranění krční páteře. Dělí se na vysokou (C4 až C5) a nízkou (C6 až C8). Paraplegie – ochrnutí dolních končetin a trupu v důsledku poranění hrudní nebo bederní páteře. Rozlišuje se vysoká (Th1 až Th6) a nízká (Th10 až L).
Autorka: Radka Římanová
Foto: Jana Plavec, archiv Kristýny Kárové
Zdroj: Akademie věd ČR
Článek vyšel ve čtvrtletníku Akademie věd ČR A/Magazín.
Kristýna Kárová z Ústavu experimentální medicíny AV ČR vystudovala imunologii na Přírodovědecké fakultě UK, doktorské studium absolvovala na 2. lékařské fakultě téže univerzity. Od roku 2012 působí v Ústavu experimentální medicíny AV ČR. Zabývá se zejména možnostmi využití genové terapie ve stimulaci regenerace axonů po míšním poranění. Spolupracuje s mnoha prestižními zahraničními institucemi, jako jsou např. New York Medical College, Univerzita v Cambridge nebo King’s College London. Loni získala Prémii Otto Wichterleho pro vynikající mladé vědce.
