Astrocyty a extracelulární matrix v extrasynaptickém objemovém přenosu

Objemový přenos je forma mezibuněčné komunikace, která nevyžaduje synapse; je založen na difúzi neuroaktivních látek v celém extracelulárním prostoru (ECP) a jejich vazbě k extrasynaptickým receptorům s vysokou afinitou na neuronech nebo gliích. Extracelulární difúze je limitována omezeným objemem extracelulárního prostoru, který je popsán pomocí extracelulární objemové frakce α, a přítomností difuzních bariér, vyjádřených „zakřiveností“ – tortuozitou λ, způsobenou např. jemnými výběžky astrocytů nebo molekulami extracelulární matrix (ECM). Difúzní parametry ECP jsou výrazně ovlivněny různými procesy, např. objemovými a morfologickými změnami astrocytů v průběhu přechodných nebo dlouhodobých fyziologických nebo patologických stavů; změnami ECM v nádorové nebo epileptogenní tkáni; během Alzheimerovy choroby; působením enzymů nebo u transgenních zvířat. Měnící se difúzní vlastnosti ECM ovlivňují interakce neuronů a glie, schopnost učení, rozsah poškození neuronů, a dokonce i buněčnou migraci. Z klinického hlediska mohou být změny difúzních parametrů, které nastanou během patologických stavů, důležité pro diagnostiku, terapii a distribuci léčiv. Na otázky odpovídá první autorka článku doc. MUDr. Lýdia Vargová, Ph.D., vedoucí Ústavu neurověd.

Můžete vysvětlit podrobněji, co je to tortuozita a k čemu je její stanovení užitečné?

Tortuozita („zakřivenost“ či „křivolakost“) extracelulárního prostoru odráží množství difúzních překážek, které zpomalují pohyb látek v mozkové tkáni ve srovnání s difúzí v takzvaném volném médiu, například vodě či zředěném agaru. Ve zdravém, dospělém mozku má tortuozita hodnotu 1,5–1,6, což znamená, že difúze látek v mezibuněčném prostoru je asi 2,5krát pomalejší než ve zmíněném volném médiu; během různých stavů může tato hodnota stoupat nebo klesat. Změny tortuozity mohou signalizovat přechodnou nebo trvalou přestavbu tkáně, a poskytovat tak diagnostické vodítko. Zvýšená tortuozita je rovněž i výstražným znamením, že může docházet k lokální akumulaci a zvyšování koncentrace potenciálně toxických látek (např. glutamátu) nebo že účinnost léčiva může být zpomalena a snížena, protože se prostě daná látka nedostane včas na potřebné místo.

Jakými metodami difúzní procesy v extracelulárním prostoru zkoumáte?

Pro zkoumání difuzivity mozku existuje celá škála technik, z nichž některé poskytují informace jen o relativních změnách, či měří pouze jeden difúzní parametr, nebo se dají použít pouze v tkáňových řezech, nikoliv in vivo. V naší laboratoři používáme iontoforetickou metodu v reálném čase („real-time iontophoretic method“ – RTI), která využívá iontově-selektivních mikroelektrod a extracelulární markery. Tato metoda zatím jako jediná měří absolutní hodnoty všech difúzních parametrů zároveň a je použitelná ve tkáňových řezech i in vivo. Je to však metoda invazivní, a proto použitelná pouze u experimentálních zvířat. Ve svých studiích proto kombinujeme RTI metodu s difúzně váženou magnetickou rezonancí (DW-MRI), která je sice ve srovnání s RTI limitovaná, ale je neinvazivní a používaná rovněž u lidských pacientů. Korelace výsledků a společná analýza dat pak umožňuje extrapolaci experimentálních výsledků pro humánní medicínu. 

Jak ovlivňují měnící se difúzní vlastnosti ECP schopnost učení? Lze s tímto poznatkem nějakým způsobem pracovat, např. ve smyslu schopnost učení zvýšit?

Difúzní vlastnosti ECP jsou určujícími faktory pro účinnost nesynaptického (objemového) přenosu, který působí jako modulátor samotného synaptického přenosu: zvyšuje nebo snižuje synaptickou aktivitu, ovlivňuje synaptickou plasticitu a vytváření nových synaptických spojení, což jsou základní kameny v procesu učení. Difúzní vlastnosti tedy ovlivňují schopnost učení zprostředkovaně a neplatí jednoduchá úměra, že rychlejší difúze znamená lepší funkci. Je třeba proto ještě do nejmenších detailů prostudovat a pochopit tento komplexní mechanizmus, protože násilné modifikace zvenčí ho mohou snadno rozhodit a být spíš ke škodě než ku prospěchu.

Pomáhají už nyní výsledky vašeho výzkumu v diagnostice a terapii? Pokud ne, jak dlouhá je v tomto případě podle vašeho odhadu cesta vedoucí k využití výsledků základního výzkumu v klinické praxi?

Některé naše nálezy, týkající se například difuzivity a exprese extracelulární matrix v nádorové tkáni mozku lidí, mají velký potenciál pro rychlé použití v diagnostice. Obecně však platí, že cesta od základního výzkumu ke klinické praxi je dlouhá a spletitá. I jednoznačné nálezy (jestliže vůbec existují), například, že ten a ten receptor/kanál/transportér má prokazatelnou funkci při vývoji cytotoxického edému a jeho zablokováním se vznik edému potlačí a zlepší se přežívání pacientů s iktem, můžou ztroskotat na tom, že se nedaří najít vhodný blokátor bez závažných vedlejších účinků. Samotné klinické studie již nalezených perspektivních přípravků mohou trvat několik let. Takže prodleva mezi základním výzkumem a klinickou praxí se až na výjimky počítá ne na léta, ale spíše na desetiletí.

Odkaz na článek najdete zde.