Minimozky vypěstované v laboratoři pomáhají vědcům studovat poškození buněk způsobené traumatickým poraněným mozku a dávají odpověď na otázku, proč úraz hlavy a otřesy zvyšují riziko rozvoje demence u lidí..

Jako minimozky jsou označovány mozkové organoidy, shluky mozkových buněk o velikosti špendlíkové hlavičky. Nejedná se tedy o dokonale miniaturizované verze lidských mozků. Jsou však schopné zachytit aspekty lidské biologie, které se obtížně studují na laboratorních zvířatech, například myších.

Mohou být pěstovány tak, aby zahrnovaly specifické typy buněk z různých oblastí mozku, uspořádané do vrstev, jako by byly v hlavě člověka.

Zkoumání mozkových buněk

Vědci z University of Southern California, pod vedením docenta biologie kmenových buněk a regenerativní medicíny Justina Ichida, se rozhodli otestovat, zda traumatické poškození mozku, které simulovali tím, že mozkové organoidy „ostřelovali“ ultrazvukovými vlnami o vysoké intenzitě, zvyšuje riziko rozvoje demence u lidí.

Závěry svého výzkumu zveřejnili v časopise Cell Stem Cell. Při něm využili k pěstování mozkových organoidů jak buňky od zdravých lidských dárců, tak i od těch, kteří trpí dvěma typu neurodegenerativních onemocnění.

Konktrétně se jednalo o ALS neboli amyotrofickou laterální sklerózu, což je neurosvalové onemocnění, které postihuje motorické nervové buňky (motoneurony) v mozku a míše. Pokud tyto odumřou, mozek nedokáže ovládat svaly a jejich pohyby, proto svaly postupně slábnou a atrofují.

Další je pak frontotemporální demence neboli Pickova choroba, kterou trpí i slavný americký herec Bruce Willis. Ta na rozdíl od známější Alzheimerovy choroby postihuje zejména čelní oblast mozku, která ovlivňuje chování a některé povahové rysy člověka, přičemž paměť a myšlení zůstávají dlouhou dobu nepostiženy.

Nebezpečný protein TDP-43

Vědci zjistili, že mutace v genu zvaném C9orf72 zvyšují riziko obou onemocnění, všichni dárci tak nesou mutantní kopii tohoto genu. Odebrané buňky byly upraveny v laboratoři tak, že se vrátily do stádia kmenových buněk, z nichž je možné vypěstovat jakýkoliv typ buňky.

Výsledné organoidy vědci ostřelovali ultrazvukovými pulzy, aby napodobili účinky traumatického poškození mozku včetně smrti mozkových buněk a změn v proteinu tau, který se zřejmě podílí na rozvoji Alzheimerovy choroby.

Mimo to zaznamenali vědci změny v proteinu zvaném TDP-43, který se obvykle nachází v jádře zdravých buněk a podílí se na řízení toho, jak se instrukce v DNA používají k výrobě proteinů. U neurodegenerativních onemocnění se tento protein vyskytuje ve shlucích.

Poté, co člověk utrpí traumatické poranění mozku, špatně fungující proteiny TDP-43 začnou poškozovat a zabíjet mozkové buňky.

Koho ohrožuje traumatické poškození mozku?

Častěji k těmto škodlivým změnám proteinu TDP-43 docházelo v organoidech vypěstovaných z buněk lidí s ALS či demencí než v těch od zdravých dárců, což naznačuje, že poškození mozku může být obzvláště nebezpečné pro ty, kteří již mají genetické riziko demence.

Tým se rovněž věnoval hledání cesty, jak dopady traumatického poranění mozku zvrátit. Justin Ichida k tomu říká: „Otestovali jsme každý gen v lidském genomu, abychom zjistili, zda můžeme dopady zranění mozku zvrátit potlačením jakéhokoliv jednotlivého genu.“.

Vědecký tým identifikoval protein na povrchu buněk, zvaný KCNJ2, který po vypnutí poskytoval ochranu před účinky traumatického poškození mozku. Vědci to vyzkoušeli na mozkových organoidech i na laboratorních myších a našli konzistentní účinky tohoto proteinu.

„Zacílení na KCNJ2 může snížit smrt mozkových buněk po traumatickém poškození mozku,“ vysvětluje Ichida. A dodává: „To by mohlo mít potenciál při léčbě zranění mozku či jako prevence například u sportovců či dalších osob s vysokým rizikem traumatického poškození mozku.“.