Dmytrenko L, Cicanic M, Anderova M, Vorisek I, Ottersen OP, Sykova E, Vargova L. PLoS One. 2013 Jul 5;8(7):e68044. doi: 10.1371/journal.pone.0068044. Print 2013. IF: 3.730
Ústav neurověd
Jednou ze závažných komplikací ischemického a traumatického poškození mozku je vývoj mozkového edému, který vzniká v důsledku narušení iontové homeostázy, což vede k uvolnění velkého množství K+ a neurotransmiterů do extracelulárního prostoru. Zvýšený příjem osmoticky aktivních látek, který je zprostředkován především astrocyty, je kompenzován intracelulární akumulací vody, která rychle proniká do astrocytů transmembránovou difúzi a prostřednictvím aquaporinu-4 (AQP4) – primárního buněčného vodního kanálu v mozku. AQP4 je lokalizován především v perivaskulárních membránách astrocytů, kde je ukotven proteinem nazývaným α-syntrofin. Cílem práce bylo prokázat vliv delece genu pro α-syntrofin na objemové změny astrocytů za fyziologických a patologických podmínek.
Výzkum jste prováděli na myších. Jaké kmeny jste použili a jakými metodami s nimi pracovali? Na otázky odpovídá doc. MUDr. Lýdia Vargová, Ph.D.:
Jako kontroly byly použity „klasické“ myši kmenu C57BL/6, myši s deficitem genu pro α-syntrofin byly poskytnuty spolupracujícím pracovištěm Univerzity v Oslu, vedeném profesorem Ottersenem. Primární použitou metodou byla iontoforetická metoda v reálném čase, umožňující stanovení absolutních hodnot objemu extracelulárního prostoru, tj. recipročně detekovat měnící se objem buněk v mozkové tkáni in situ (v řezech) i in vivo (u živého zvířete). Zvětšení buněčného objemu při fyziologických nebo patologických stavech bylo vyvolané hypoosmotickým stresem, hyperkalémií nebo terminální ischémií/anoxií. Na doplnění obrazu změn mozkové tkáně během experimentálně navozeného edému buněk byla použita difúzně vážená magnetická rezonance a kvantifikace imunoreaktivity gliálního fibrilárního proteinu (GFAP), umožňující posouzení morfologických změn u individuálních astrocytů.
Co se podařilo prokázat a jakou souvislost mají výsledky vaší práce s vývojem mozkového edému při jeho poškození?
Hlavním přínosem studie je bližší osvětlení mechanismů vzniku buněčného edému a nález, že AQP4 kanály v perivaskulárních membránách astrocytů přispívají k transmembránovému transportu vody především během patologických stavů, spojených s výraznějšími změnami osmolality nebo zvýšenou koncentrací extracelulárního draslíku. Změny buněčného objemu jsou u těchto stavů významně menší a pomalejší u zvířat s deficitem α-syntrofinu než u kontrol, což vede k menšímu a pomalejšímu nárůstu neurotoxických látek a pravděpodobně přispívá k již dříve popsanému lepšímu přežívání těchto zvířat po ischémii či k jejich vyššímu prahu pro vznik epilepsie.
Mohou závěry, k nimž jste došli, výhledově pomoci pacientům, případně jakým způsobem?
Cytotoxický edém a jeho následky patří mezi jedny z hlavních příčin zvýšené morbidity a akutní mortality, které doprovázejí závažné, ale bohužel relativně časté neuropatologické stavy, jako je poranění mozku, iktus či celková ischémie mozku při infarktu myokardu. Naše práce ukazuje úlohu α-syntrofinu při vzniku cytotoxického edému a v regulaci buněčného objemu a představuje ho jako možný cíl pro vývoj nových terapeutických postupů či léčiv.
Jak moc jsou procesy v mozku, související s extracelulární difúzí, kterou se dlouhodobě zabýváte, probádané?
Difúze neuroaktivních látek v extracelulárním prostoru je základním mechanizmem extrasynaptického přenosu signálů. Studiu tohoto alternativního způsobu mezibuněčné komunikace, který rovněž moduluje samotný synaptický přenos a je zapojen do mnoha mozkových funkcí, jako např. spánek, chronická bolest, učení, produkce hormonů atd., se věnuje stále rostoucí pozornost od doby prvních zmínek před více než 40 lety. Změny difuzivity mozku doprovázejí různé fyziologické i patologické stavy a jsou používané i k diagnostickým účelům. Nicméně pokud studujete jakýkoliv proces v mozku (a platí to samozřejmě i obecně) detailněji, zjišťujete, že současné znalosti je vždy potřeba korigovat, hledat nové hypotézy, odpovídající nově objeveným faktům, a nepochybuji, že i v dané oblasti je ještě stále mnoho neprobádaného.
Kam směřuje další výzkum v této oblasti? Má přímou souvislost s léčbou poranění mozku, nebo převažuje snaha porozumět do větší hloubky procesům, které se v prostředí hematoencefalické bariéry odehrávají?
Žádný dobrý výzkum v biomedicíně není samoúčelný a na konci je vždy snaha pomoci pacientům. Avšak abychom mohli přijít s nějakým novým, objevným terapeutickým postupem, diagnostickou metodou či vznikem nového léku, musíme nejdříve vědět, co se v organizmu skutečně odehrává a na co se máme zaměřit. Studium extracelulární difúze se řadí k tzv. základnímu výzkumu, kde převažuje snaha porozumět základním procesům a patogenetickým mechanizmům, ale vždy je tady více (jako např. v této práci) nebo méně viditelná vazba na možnost klinického využití nově získaných poznatků.
