Rozhovor: Alzheimer v misce

Jak byste svůj výzkum uvedla a co vás k němu přivedlo?
DB: V laboratoři se zabýváme studiem a modelováním nemocí pomocí kmenových buněk a jejich diferenciací do neurálních buněčných typů. Na Lékařské fakultě Masarykovy univerzity jsem s tím začala po svém návratu ze Spojených států zhruba v době, kdy se i ve světě začalo s tvorbou tzv. cerebrálních neboli mozkových organoidů. Pustili jsme se do toho taky a začali vyrábět naše „minimozečky“ ve zkumavce. V návaznosti na to nás oslovila skupina profesora (Jiřího) Damborského z Loschmidtových laboratoří s tím, že by se jim hodilo, kdybychom začali pomocí mozkových organoidů modelovat Alzheimerovu chorobu. Takže to byla i trošku náhoda, že jsme se začali věnovat právě této nemoci.

Čemu přesně jste se věnovala v Americe a jak jste na to tedy navázala v Česku?
DB: Ještě v průběhu doktorandského studia na Masarykově univerzitě jsem se zabývala studiem mechanismů, které stojí za tím, že se z kmenové buňky stane neuron. Na postdoktorandské stáži v Americe jsme vedli preklinický výzkum, v rámci kterého jsme chtěli vytvořit nervové kmenové buňky, které by mohly být využity v klinice, například pro pacienty s poškozením míchy nebo s amyotrofickou laterální sklerózou. V Česku jsem se po návratu chtěla zaměřit na modelování chorob in vitro, což je velká součást výzkumu kmenových buněk.

Co všechno o Alzheimerově chorobě víme, co nevíme a co na nemoci nejvíc zajímá vás?
DB: Známé jsou patologické znaky choroby, tedy shluky několika proteinů, které se pacientům ukládají v mozkové tkáni. Proč se tam ukládají, se však neví. Může jít o důsledek metabolismu tuků, stárnutí buněk a částečně je příčinou i imunitní reakce. Anebo můžou být na vině patogeny, infekce některými viry…

...anebo kombinace všeho?
DB: Anebo kombinace všeho… Navíc, Alzheimerova choroba není jedna. Část pacientů má pro ni genetickou predispozici. Takzvaně familiární forma se projevuje už třeba u čtyřicátníků. Většinou však lidé onemocní tzv. sporadickou formou, která se projeví až později, po 65-70 roku života.

Jak familiární forma, tak převažující sporadická forma se však projevují postupně, aniž by si toho člověk všímal. Je tedy cílem dnešního výzkumu vystopovat nemoc do co možná nejranějších zárodků?
DB: Ano, tedy je to alespoň cílem našeho výzkumu. Terapie se roky zaměřovala na zredukování proteinových shluků v mozku, ale všechny klinické zkoušky v tomto směru dosud selhávaly. Navíc se zjistilo, že i když se tyto shluky podaří odstranit, pacientům to nepomůže. Možností je, že taková pomoc přichází pozdě, protože jestliže se Alzheimerova nemoc začne utvářet dvacet let předtím, než člověk zaznamená první poruchy paměti, tak bylo třeba zakročit už před těmi dvaceti lety. Další možností je, že samotné proteinové shluky nejsou příčinou choroby, ale jen důsledkem něčeho jiného. Jako by měl člověk modřinu na stehně, kterou se snaží ošetřovat, místo toho, aby se při sezení odsunul od stolu, který ho do té nohy tlačí…

Vy ve výzkumu vycházíte právě z předpokladu, že tyto proteinové shluky nejsou příčinou Alzheimerovy choroby?
DB: My jsme k výzkumu přistoupili s tím, že nevíme, co je příčina a co důsledek. Proto jsme vytvořili model – mozkové organoidy, pomocí kterých v laboratoři simulujeme vznik a vývoj Alzheimerovy choroby. Také jsme předpokládali, že abychom na organoidech mohli pozorovat znaky nemoci, budeme je muset nechat zestárnout. Ale ukázalo se, že některé znaky se projevují už v začátku vývoje organoidů, což nás vede k domněnce, že příčina onemocnění je jinde.

Jaký výzkumný potenciál vůbec možnost vytvořit si v misce prakticky zmenšeninu mozku otevírá?
TV: Obrovský. Především můžeme pracovat s lidskými buňkami, dokonce přímo s buňkami pacientů trpících Alzheimerovou chorobou, protože pracovat v tomto případě s těmi myšími není nejvhodnější. Samotné organoidy vytvořené z těchto lidských buněk nám umožní sledovat již počátky vzniku a vývoj nemoci. Další výhoda je pak v tom, že organoidy diferencujeme spontánně. V zásadě se skládají samy, díky čemuž my získáváme spoustu buněčných typů, v nichž se může nemoc volně projevit, aniž bychom do toho procesu zasahovali. Právě díky této metodě jsme mohli popsat, že se organoidy vytvořené z buněk pacientů s Alzheimerovou chorobou vyvíjejí jinak.
DB: Důležité je zmínit, že pracujeme s familiární formou Alzheimerovy choroby, tedy s buňkami lidí, kteří mají genetické predispozice k tomu, že ji dostanou. Mají mutaci v genu, o němž se ví, že má na vznik choroby vliv. U nich jsme se zaměřili na detekci proteinových shluků a několik dalších znaků, kterými je Alzheimerova nemoc typická. Zároveň jsme naše „minimozečky“ zkoušeli „trápit“ potenciálními terapeutiky a sledovali, jak reagují.

Co jste vysledovali?
DB: Odlišnosti, s jakými se organoidy vyvíjejí. Ty ze zdravých kontrol se vyvíjejí zjednodušeně řečeno tak, jak mají. To znamená, že mají základ neuronů, oka, základ imunitních buněk a dalších struktur. Organoidy z buněk od pacientů s Alzheimerovou chorobou se však vyvíjejí nestandardně, což je podle nás dáno tím, že se už na začátku procesu nezorganizují správně a nezaloží vývojové prostředí, určitou zásobárnu buněk, ze které jsou zmíněné struktury utvářeny. To vede k tomu, že se rychle vytvoří velké množství neuronů, které rychle zestárnou a nové neurony pak už není z čeho obnovovat, což způsobuje defekty v tkáních a pravděpodobně i zvýšení množství proteinu amyloidu beta.

Rané známky Alzheimerovy choroby lze prý odhalit pohledem do oka, ze sítnice, v níž jsou pozorovatelné ony proteinové shluky. Jak to souvisí s vaším zjištěním, že organoidy z buněk pacientů s Alzheimerem nezakládají třeba právě oční struktury?
DB: To máme v plánu zjistit. Kolega doktor Tomáš Bárta je expertem na vývoj tzv. retinálních organoidů a chceme s ním v tomto směru začít spolupracovat. Chtěli bychom spojit mozkový organoid s organoidem oka a vytvořit tzv. assembloid, na němž bychom mohli studovat vývoj očního nervu, o kterém se opravdu spekuluje, že by mohl být diagnostickým nástrojem Alzheimerovy choroby. Ale to, že naše organoidy nezakládají oči, je nejspíš dáno tím, že přeskakují vývojovou fázi, ve které se buňky mají „seřadit“ do struktur potřebných pro tvorbu oka a nevytváří již zmíněnou zásobárnu, ze které mohou vznikat nové buňky. Místo toho organoidy raději tvoří dospělé neurony. Tomu odpovídají i čerstvé studie potvrzující, že u pacientů s Alzheimerovou nemocí se v hippokampu prakticky netvoří nové neurony.

Zeptám se zcela laicky, ale nebylo jasné, že kmenové buňky pacientů s Alzheimerovou nemocí se budou vyvíjet defektně, když jsou nemocné?
DB: Nebylo. Opravdu není jasné, proč neurony u pacientů s Alzheimerovou nemocí začnou degenerovat. Jedna z teorií je, že mikroglie, tedy imunitní buňky mozku, mohou začít z nějakého důvodu poškozovat neurony a být tak spouštěčem jejich degenerace. Na našich modelech však ukazujeme, že začátky patologie Alzheimerovy choroby se utvářejí i bez mikroglií.

Jak vás tak poslouchám, nabyl jsem dojmu, že váš výzkum zpochybnil některá dosavadní zjištění a zároveň otevřel víc otázek než by přinesl odpovědí…
DB: Minimálně ukazuje na to, že familiární forma Alzheimerovy choroby velmi pravděpodobně souvisí s vývojem nových neuronů. U sporadické formy nemoci, která není zapříčiněná geneticky, bude ale příčina někde jinde. To ještě plánujeme probádat.

Už bylo zmíněno, že jste na vypěstovaných minimozečcích zkoušeli i terapeutika. Co jste zjistili? Můžou takové testy do budoucna přispět k vývoji léků?
TV: Já myslím, že ano. Minimálně ve formě nějakého základního otestování, že experimentální látky fungují, jak mají. Jestliže jsme schopni vytvářet symptomy Alzheimerovy nemoci v podobě proteinových shluků a změn v neuronech, tak když vidíme, že je dokážeme i napravit, to je využitelné. My už jsme dokonce v rámci jedné studie s kolegy z Loschmidtových laboratoří zkoušeli testovat lék tramiprosát a sledovali, jak ovlivní organoidy. Změny, které jsme pozorovali, souvisely právě s ukládáním tuků a zásobami cholesterolu.

Ale to už se zase bavíme o modřině, která už vznikla…
TV: Z toho, co pozorujeme na našich organoidech, si myslíme, že ta příčina vzniku onemocnění je skutečně hodně na začátku. Nicméně kdybychom v budoucnu přišli na nějaké kandidátní molekuly, které by mohly fungovat, tak je na našich organoidech můžeme otestovat a podívat se úplně na začátek, který se u pacientů s Alzheimerem v současnosti logicky vždy prošvihne.
DB: Ale kdo ví, kudy se terapie nakonec bude ubírat. Protože pokud bychom dokázali v dostatečném předstihu snížit množství proteinových shluků, tak bychom mohli pacientům prodloužit život bez nemoci o deset dvacet let a třeba by to stačilo. Takže bychom možná nemuseli řešit tu úplně prvotní příčinu. I na toto by se organoidy daly využít.
TV: Dnes díky práci s organoidy vidíme, že se často neděje to, co bychom na základě dostupných poznatků čekali a musíme se poohlédnout i jiným směrem…

Což mě přivádí k spíš filozofické otázce, jestli jako vědkyně pracujete s představou organizmu, který funguje jako stroj, v němž má každé ozubené kolečko svůj význam, a rozhození sebemenšího detailu způsobí defekt na celém stroji, nebo jestli si připouštíte možnost, že některé věci se v tomto systému dějí prostě náhodně, jen tak?
(obě se usmějí)
TV: Podle mě se nic jen tak neděje…
DB: Spíš ta první představa odpovídá naší. Chceme se podívat až tam, kde všechno začíná, a je potřeba mít oči otevřené v tom smyslu, že jestli existují nějaké teorie o tom, kde a jak Alzheimerova choroba vzniká, náš model ukazuje, že tomu tak být nemusí. A pak je třeba zaměřit se na jiný kus celé skládačky.

Jaký bude mít podle vás vaše studie dopad na vědeckou komunitu a na to, jakým směrem se výzkum Alzheimerovy choroby ubírá?
DB: Přinejmenším to bude příspěvek o tom, že alespoň familiární forma Alzheimerovy choroby opravdu začíná už někdy ve vývoji a že s ním souvisí víc než s imunitou nebo se stárnutím, které hrají sekundární roli. V ohledu hledání léčiv může být zase přínosem námi popsaný model, který se dá využít k dalšímu testování třeba i tou formou, že organoidy začneme kultivovat od začátku rovnou i s nějakými léčivy.

Na co se ve vašem výzkumu chcete zaměřit dál?
DB: Určitě na raný vývoj, na to, co se v něm děje a mění, abychom mohli povědět, co se stane, když dojde například ke změně v buněčné signalizaci nebo když se nějaké buňky špatně poskládají tak, že si nevytvoří svou zásobárnu. To je spíš takový teoretický výzkum. Chtěli bychom však taky ustavit nějaké modely nebo platformy na testování látek, nejen s pomocí organoidů, ale třeba i s astrocyty, které se pokoušíme vytvořit.

Výzkum podkládáte sekvenováním jednotlivých buněk, což u organoidů modelujících Alzheimerovu nemoc dosud nikdo neudělal…
DB: Je to tak. A i tato naše datová analýza krásně dokládá, že chyba je někde ve vývoji. Ukazuje jednotlivé buňky organoidu, na kterých vidíme, že organoid ze zdravých buněk má vše, co mít má – progenitory, neurony, základ oka a další struktury… Ten od pacientů s Alzheimerovou chorobou má jiný vývoj a jeho neurony jsou starší, protože se zřejmě kvůli chybějící zásobárně neobnovují. I to naše analýza naznačila.
TV: Já bych ještě dodala, že pro tuto studii jsme vypěstovali skutečně velké množství organoidů a všechny naše závěry jsou podpořeny výsledky ze všech vytvořených liniích. Nesnažíme se o nějaké wow závěry, ale o takové, které budeme mít podpořené daty. A to právě popisujeme v publikaci v časopise Cell Reports.

 

---

Více článků

Přehled všech článků