Згідно з останніми дослідженнями, наші цивілізаційні хвороби - високий кров'яний тиск, ожиріння, діабет, атеросклероз або стрес - утримують організм у запаленому стані, насправді постійно перебуваючи в режимі очікування. Однак ця готовність приносить більше шкоди, ніж користі в довгостроковій перспективі, і в результаті часто в мозку трапляється багато неприємностей. Запальні процеси, які також відіграють важливу роль у розвитку багатьох загальних захворювань мозку, таких як інсульт, депресія, епілепсія та хвороба Альцгеймера, тільки починають досліджуватися. Короткий зміст теми дослідження Адама Денеса, який виграв грант ERC Consolidator у 2016 році.

Ми навряд чи піднімаємо голову, коли лікар у білому плащі обговорює по телевізору довгострокову небезпеку ожиріння, високого кров’яного тиску або атеросклерозу, оскільки ці „цивілізаційні хвороби” здаються майже неминучими. Однак, виходячи з результатів останніх років, медицина дедалі більше усвідомлює, як ці ураження, що вражають мільйони, насправді можуть спричинити захворювання, що загрожують життю, як у молодому, так і в старшому віці.

Адам Денес, переможець гранту Консолідатора ERC, працює над вивченням одного зрізу цих зв’язків. Щоб зрозуміти, що це за зріз, варто взяти шпильку і тицьнути в неї пальцем ... звичайно, не лише в роздумах!

Хвора готовність

Окрім можливої ​​втрати кількох крапель крові, ми виявляємо, що місце проколу трохи почервоніло, набрякло і навіть нагрівається, і це болить навіть довго після проколу. І це не що інше, як запалення - так наш організм готується до того, що відбувається після укусу: він повинен захищатися від патогенів, які потрапляють у рану, ізолювати пошкоджену ділянку та перерозподіляти ресурси в середовище травми, щоб загоєння могло проходять ефективніше. Одним із ранніх етапів процесу є збільшення проникності стінки судини, плазма крові та запальні клітини обтікають вогнище ураження: це також призводить до промивання, зігрівання та набряку.

Можна подумати, що логічно, що запальні процеси активізуються лише для вхідних патогенів, але ситуація не така проста. Наше тіло любить добре готуватися до неприємностей, тому навіть деякі речовини, що витікають з пошкоджених клітин, викликають запальну реакцію, так що до того моменту, коли збудники хвороб дійсно починають розмножуватися, розвинулось середовище, де імунна система може вражати більше ефективно на загарбників. А для того, щоб тіло усвідомлювало запалення і могло рухати дійсно серйозні сили для захисту, йому потрібна високочутлива сигналізація, а також посередницькі молекули, які несуть далеко новини про травми, інфекції - і, отже, запалення. .

Оскільки дослідники дізнавались все більше і більше про ці запальні фактори, включаючи запальні молекули патогенних мікроорганізмів та пошкоджених клітин, а також медіатори, згадані вище, вони зрозуміли, що це дуже складна система і існує безліч речей, які ця чутлива система лікує як причина запалення. Вони виявили, що хвороби цієї цивілізації - високий кров'яний тиск, ожиріння, атеросклероз і навіть стрес або будь-яке пошкодження тканин - викликали стійке підвищення рівня певних запальних факторів у крові, і почали вивчати наслідки цього постійного "стану готовності". До різних органів та життєвих процесів організації.

Подорож на відкриття в захоплюючу прикордонну зону

Серед цих дослідників - Адам Денес, який почав працювати на початку 2000-х років на межі імунології та досліджень головного мозку - таким чином підходячи до питання про те, як запальні процеси впливають на функціонування мозку. З 2005 року він працював стипендіатом Марії Кюрі в Університеті Манчестера в лабораторії Ненсі Ротвелл, однієї із засновниць дослідницької галузі, а в 2008 році йому було запропоновано очолити програму Європейської мережі інсультів щодо інсульту в Манчестері. Потім він створив дослідницьку групу в KOKI Угорської академії наук - разом із цією командою він вирізав проект Імпульсу, виграний у 2016 році, та п'ятирічний проект, підтриманий грантом консолідатора ERC.

готове

Денес Адам - ​​джерело: mta.hu/Szigeti Tamás

Важливо зазначити, що більшість досліджень, на яких базувався виграшний тендер ERC, проводились із угорських джерел. Національна програма дослідження мозку, розпочата в 2013 році, та тендер OTKA також відіграють важливу роль у розумінні роботи мікроглії. Підготовці заявки ЕРС Адама Денеса також сприяла підготовча підтримка Угорської академії наук.

Але чому імунітет мозку настільки захоплюючий рубіж? Ну, мозок - це імунологічно особлива частина нашого тіла, оскільки, хоча запальні процеси в мозку ініціюються відповідними подразниками, мозкова тканина захищена гематоенцефалічним бар’єром. Назва трохи вводить в оману, оскільки це не великі ворота, на які слід підштовхнути КТ, а система спеціалізованих клітин, яка обмежує те, що може потрапити з крові до мозкової тканини. Гематоенцефалічний бар’єр робить велику роботу, захищаючи наш мозок від інфекцій та різних токсинів, але це також дуже ускладнює лікарів: жоден препарат не може бути доставлений до клітин мозку.

Триває робота в лабораторії дослідницької групи Адама Денеса - джерело: mta.hu/Саміг Тамас

Гематоенцефалічний бар’єр також не дозволяє вільно проходити елементи імунної системи, такі як макрофаги, які швидко проростають там, утворюючи просту травму шкіри, поглинаючи патогени та пошкоджені клітини організму, набираючи лише обмежену кількість в нервову тканину. Їх заміна повинна вирішуватися мозку самостійно - серед іншого це завдання виконують так звані мікрогліальні клітини. Мікроглія - ​​це унікальний тип клітин в організмі, який необхідний для нормального розвитку центральної нервової системи і, серед багатьох інших функцій, постійно контролює стан мозкового мікросередовища у зрілому віці та координує мозкові запальні процеси.

Сумнівна мікроглія

І з цим, після деяких поворотів ми дійшли до того, що відбувається після гострих травм мозку, які можна спостерігати, наприклад, після інсульту. Коли хтось інсультує, кровопостачання більшої ділянки мозку раптово припиняється або зводиться до мінімуму, і нервові клітини в цій області починають відмирати. Якщо мозковий кровообіг відновиться - наприклад, шляхом видалення згустку крові, що спричиняє закупорку, - деякі нервові клітини все одно можуть відновитись і уникнути остаточного руйнування, тоді як інші, які зазнали незворотних пошкоджень, загинуть.

Це коли мікрогліальні клітини, які беруть участь у регуляції активності проблемних нейронів на ранній стадії черепно-мозкової травми, починають «очищатися», подібно до процесу в інших частинах тіла. Якось, звичайно, їм потрібно визначити, які клітини загинули, які мають ознаки незворотного пошкодження і які згодом зможуть відновитись. Деталі цього процесу та механізми прийняття рішень "судів" мозку досі в основному не вивчені.

Раніше дослідники лише бачили, що багато активованих мікрогліальних клітин завжди присутні в області мозку, ураженої як інсультом, так і різними нейродегенеративними захворюваннями, і за відсутності відповідних методів тестування не вдалося визначити, посилюється чи полегшується їх наявність результат інсульту. Ситуація суттєво відрізняється від руйнування тканин в інших частинах тіла у двох відношеннях:

  • У більшості частин тіла тканини здатні регенерувати, це означає, що навіть якщо клітини загинуть, вони заміняться новими. Це не стосується нейронів. Якщо частина мозкової тканини руйнується, більшість втрачених нейронів не можна замінити - максимум, «підключення» решти тканини може допомогти зберегти або відновити початкову функцію.
  • Інсульт, як правило, трапляється в старшому віці - віці, який був дарований лише кілька століть тому, не кажучи вже про давні часи. Більше того, у такому віці людина, як правило, виходить далеко за межі періоду виношування дитини. Таким чином, може здатися розумним припустити, що еволюція насправді не підготувала нас до захисту від такого масштабного руйнування мозкової тканини, і може бути, що "нормальна робота" наших очищувачів мозку в таких випадках приносить більше шкоди, ніж користі. Відомо, що деякі запальні фактори відіграють важливу роль у нормальному розвитку мозку та в регенерації мікротравм головного мозку.

Питання лунало в повітрі, коли світ нейронауки прокотився революцією в генетиці та мікроскопії. У той же час стали доступними методи дослідження функцій нейронів у тканинах живих тварин - навіть на молекулярному рівні. (Детальніше про це ви можете прочитати у статтях про роботу дослідницьких груп Балаза Рози та Іштвана Катони.)

Запис за допомогою мікрорезолюції суперрезолюції, яка показує розподіл рецепторів, що мають надзвичайно важливе значення в мікрогліальних нейрональних з’єднаннях на поверхні нейронально-асоційованої мікрогліальної клітини - джерело: MTA KOKI/Barbara Orsolits

Дослідженню мікроглії Адама Денеса також сприяв щасливий збіг обставин: протипухлинний інгібітор американської фармацевтичної компанії виявив, що він може по суті видалити мікрогліальні клітини з тканини мозку безслідно, тобто без їх руйнування, що спричиняє запальну реакцію. Був метод вивчити, що відбувається після інсульту, якщо мікроглії немає.

Порушення спілкування

Дослідницька група викликала штучний інсульт у таких мишей, що «виснажені мікроглією», і спостерігала швидкість смерті нейронів. Результат шокував усіх: шкода була на 60% більша, ніж у контрольній групі з мікроглією. Тобто виявилося, що мікроглія є найкращим другом нейрона навіть у таких екстремальних ситуаціях. Але чому тоді це, здається, погіршує ситуацію у людей, які перенесли інсульт?

Тут вступають у дію запальні фактори. Дослідження показали, що мікрогліальні клітини регулюють різні функції нейронів, а фактори запалення, що утворюються в тканині мозку внаслідок пошкодження або які присутні в крові і можуть перетнути гематоенцефалічний бар’єр, також відіграють певну роль у спілкуванні між двома типами клітин. І якщо в нашому організмі розвивається стійкий запальний стан, наприклад, через високий кров’яний тиск, ожиріння, атеросклероз або стрес, ці фактори будуть завжди присутні, а також впливатимуть на зв’язок нейрональної мікроглії. У мишей явище було явним: коли в їхніх тілах було встановлено стійкий запальний стан, наслідки інсульту були більш серйозними, тоді як, гальмуючи запальні процеси, ці ефекти стали певною мірою оборотними.

Мікроскопічне зображення показує, що мікрогліальні клітини, мічені флуоресцентними молекулами, по суті зникли під впливом препарату - джерело: MTA KOKI

Таких факторів запалення багато, і мета дослідницької групи Адама Денеса полягає в тому, щоб краще вивчити їх систему та вплив на природний захист мозку. Якщо ми краще зрозуміємо цю систему, то можна уявити, що можуть бути розроблені препарати, які просто допомагають мікроглії зберегти свою початкову функцію та лікувати нейрони так, ніби запальних факторів, що збільшують пошкодження, немає.

Миші та люди, ніяких ударів

"KOKI виявився ідеальним місцем для цих досліджень", - сказав Адам Денес. "Цілеспрямована робота керівництва та дослідників у науково-дослідному інституті призвела до створення знань та інструментального підґрунтя за останні роки, що разом із власним досвідом та експериментальними клінічними взаємовідносинами забезпечує ідеальне середовище для такої програми ERC". Заради (цілком реального) прикладу давайте тепер уявимо, що дослідницька група хоче вивчити дію запального фактора.

Натхнення може надходити з багатьох місць, але найкраще мати щось спільне з клінікою, тому вони розглядають процеси, молекули, які виявляють якусь незвичну поведінку, коли пацієнт переживає інсульт, наприклад. Такі натхнення можуть походити з літератури, але важлива інформація може надходити і безпосередньо від клінічних експертів: такі стосунки встановлені з дослідницькими групами Ласло Чиби та Тібора Хортобаджі в Дебрецені або з кількома чудовими колегами-клініками в Будапешті. Тканина унікальних "банків мозку", як та, яку створив Мікош Палковіц з Університету Земмельвейса, також може бути великою підмогою. Таким чином, дослідники, що працюють у KOKI, можуть (дотримуючись суворих етичних правил) отримати, наприклад, зразки тканин мозку пацієнта, який помер від інсульту, історію хвороби та, серед іншого, лабораторні показники, близькі до часу інсульт.

Порушені тут проблеми можуть бути вивчені на культурах тканин та на живих мишах. Таким чином можна виявити, що на типи клітин впливає певна молекула, а також імуномаркірування, мікрорезолюція надвисокої роздільної здатності або електронна томографія також можуть бути використані для відстеження того, де вона знаходиться в клітинах і в яких процесах вона може відігравати певну роль. Вони можуть використовувати унікальні методи для вивчення ролі мікрогліальних клітин у зміні мозкового кровотоку після травми мозку. Інший важливий напрям може бути пов’язаний з дослідницькою групою Балаза Рози, також з KOKI, у співпраці з якою можна дослідити тканини мозку живих мишей за допомогою двофотонної мікроскопії навіть на рівні клітинних виступів, у живої тварини. Інші, не менш важливі співпраці в рамках KOKI та інших вітчизняних та зарубіжних науково-дослідних інститутів можуть допомогти зрозуміти нейрофізіологічний фон мікрогліальних нейрональних зв’язків, і, таким чином, можуть використовуватися такі методи обстеження з високою роздільною здатністю, такі як протеоміка або транскриптомія.

І якщо в цих експериментах були знайдені нові дані про один із компонентів запальної системи, слід також перевірити їх достовірність в організмі людини. І ці нові запитання слід задавати деінде, крім клініки: як тільки виявлені певні явища у тварин чи зразків тканин, це дає натхнення для того, на що слід звертати увагу у лікарняних висновках.

Це замкнуло коло, і більш глибоке знання запальної системи виявляє все більше і більше можливих «точок атаки» для наркотиків. Приємним прикладом цього є розробка одного із засобів передачі запалення - агента, який інгібує рецептори інтерлейкіну-1, що вже знаходиться на стадії клінічних випробувань. У Манчестері, де розпочалася міжнародна кар’єра Адама Денеса, його наслідки вивчають у пацієнтів, які перенесли інсульт або так званий субарахноїдальний крововилив. "На щастя, у нас були чудові стосунки з дослідниками з Університету Манчестера та низкою дослідницьких груп, з якими ми були знайомі ще з часів Європейської мережі інсультів", - сказав Адам Денес. "Цей транскордонний семінар з нейроімунології вже привернув інтерес практикуючих класичних неврологій, а дані інших дослідницьких груп свідчать про те, що не передбачається прориву в галузі неврологічних захворювань без всебічного розуміння запальних процесів мозку".

Повернімось до основ

Тема дослідження Адама Денеса та система впровадження дуже добре римуються до нинішньої ситуації в медицині в кількох аспектах.

З одного боку, дослідження досліджує складну систему, яка впливає на цілу організацію, і стає все більш очевидним, що причини кількох захворювань, які до цього лікувались окремо, можуть бути пов’язані. Наприклад, стало ясно, що молекули запалення в клітинній стінці бактерій активують дуже схожі або в багатьох випадках однакові рецептори клітинної поверхні в імунній системі людини (в мозку), як при хворобі Альцгеймера, так званих амілоїдних відкладеннях в мозковій тканині або в черевній порожнині дефектні білки, що накопичуються у великій кількості в кишковій стінці хворих Крона.

За словами Адама Денеса, ми дійшли до того моменту, коли досягнення медицини, виявлені досвідченим шляхом і подальший розвиток звідси, починають виходити за межі своїх можливостей. У дедалі більшій кількості сфер варто трохи відступити назад, переосмислити досвід та внести нове розуміння того, як організація працює на новому фундаменті. Таким чином, можливо, ми можемо відповісти на такі складні запитання щодо того, чи може взагалі існувати здорове старіння - адже медицина в даний час здатна збільшити кількість років, проведених у різних хронічних захворюваннях, покриваючи наслідки цих хвороб за допомогою ліків.

З іншого боку, структура дослідження є хорошим прикладом того, як величезна кількість клінічних даних, що надаються швидко розвиваються методами вимірювання, може бути використана в базових дослідженнях і, таким чином, наблизити світ клітинних досліджень та експериментів на тваринах до пацієнтів 'реальні проблеми, що впливають на якість їхнього життя.