Zajímá mě interakce mezi neurony a gliovými buňkami

Helena Pivoňková vystudovala medicínu, ale už během studia ji bylo jasné, že ji láká spíše věda. Zkoumá interakce mezi neurony a gliovými buňkami v mozku: „Studia medicíny jsem nikdy nelitovala – díky tomu lépe chápu souvislosti mezi našimi výsledky na buněčné úrovni a jejich potenciální klinickou aplikací,“‎ říká neurovědkyně a držitelka interní podpory Primus, která si díky tomu zakládá vlastní výzkumnou skupinu na 2. lékařské fakultě UK.

Aktuálně třetím rokem působíte jako postdoktorandka na University of Cambridge. V srpnu letošního roku se vracíte na 2. lékařskou fakultu UK, kde díky interní podpoře Primus zakládáte vlastní výzkumnou skupinu. Co bude tématem vašeho výzkumu?

Chtěla bych studovat, jakým způsobem gliové buňky komunikují s neurony a jak se vzájemně funkčně ovlivňují. V mozku máme neurony, které přenáší signály, a gliové buňky, jenž neuronální přenos signálů významně ovlivňují, ale zatím o nich víme mnohem méně. Existuje několik typů gliových buněk, které se liší svojí funkcí – astrocyty, oligodendrocyty, mikroglie a prekurzory oligodendrocytů. Například hlavní funkce oligodendrocytů je tvorba myelinové pochvy okolo axonů nervových vláken, čímž zrychlují přenos nervového signálu. Teprve před šesti lety se ale ukázalo, že oligodendrocyty výrazně ovlivňují i schopnost učení a tvorbu paměti.

V našem výzkumu se zaměříme především na prekurzory oligodendrocytů, které i v dospělosti mohou na základě signálů od neuronů diferenciovat a tvořit nové oligodendrocyty a ovlivňovat tak různé funkce mozku. Na druhou stranu u epilepsie, kde je neuronální aktivita patologicky zvýšená, je diferenciace oligodendrocytů porušená. Když lépe pochopíme, jak mezi sebou tyto buňky komunikují a co spouští diferenciaci oligodendrocytů, mohlo by to najít významné klinické uplatnění.

Co už o prekurzorech oligodendrocytů víme?

Víme, že prekurzory oligodendrocytů jsou jedny z nejflexibilnějších buněk v mozku, že i v dospělosti mohou proliferovat a vytvářet nové oligodendrocyty nutné pro efektivní přenos signálů u neuronů. Také víme, že mají mnoho receptorů a iontových kanálů, které určují jejich schopnost „naslouchat“ signálům od neuronů a určitá neuronální aktivita je tak může aktivovat. Toho lze využít jako potenciální terapeutické strategie například u roztroušené sklerózy, kde dochází k demyelinizaci. Dodnes ale nemáme žádný lék, který by stimuloval diferenciaci prekurzorů do nových oligodendrocytů, a tedy náhradu poškozeného myelinu. Ale je tu stále mnoho nezodpovězených otázek, především, jak tyto mechanismy fungují v lidském mozku. Například u astrocytů se ukázalo, že jen jejich stavba je u lidí mnohem komplexnějš než u myší nebo potkanů, kde se studují nejčastěji. Lze předpokládat, že podobný rozdíl bude i u jiných gliových buněk.

A máme možnosti, jak tyto procesy v lidském mozku studovat?

Určitě, i když je to samozřejmě mnohem složitější, než u zvířecích modelů. V posledních letech se k výzkumům lidského mozku ve větší míře začínají využívat kultury z tkáňových řezů nebo organoidní kultury, které lze pěstovat a využívat k experimentům až několik týdnů či měsíců. Hojně se používají buňky odvozené z lidských indukovaných pluripotentních kmenových buněk, které pak lze transplantovat imunodeficientním myším. Tímto způsobem lze vytvořit model různých neurologických onemocnění a zkoumat jak rozvoj onemocnění, tak testovat potenciální léčbu. Také existují lidské tkáňové banky, ze kterých lze získat vzorky pro výzkum.  Velmi cenným zdrojem může být i tkáň odebraná při operacích mozku, kdy se odstraňují epileptická ložiska u farmakorezistentní epilepsie nebo při odstraňování mozkových nádorů. Tato tkáň je obzvlášť cenná, protože se jedná o živé buňky, u kterých lze studovat jejich funkci, zapojení a komunikaci s okolními buňkami.

Jaké metody budete využívat?

Klíčovou metodou našich výzkumů bude elektrofyziologie v kombinaci s mikroskopickými technikami, které umožňují sledovat aktivitu neuronů i gliových buněk a jejich interakce v živé tkáni. Samozřejmostí jsou dnes geneticky modifikované myši, u nichž jsou fluorescenčně obarvené specifické typy buněk. Za pomoci optogenetiky nebo chemogenetiky pak můžeme měnit aktivitu neuronů a studovat odpověď označených prekurzorů oligodendrocytů. Dále se dnes hodně využívá sekvenování na úrovni jedné buňky, což poskytuje řadu zajímavých informací, ale neřekne nám to příliš o funkci, a ještě méně o interakci jednotlivých buněk. Proto nyní zkoušíme experimenty, kdy kombinujeme tyto metody a ve výsledku tak známe funkci jednotlivých buněk, jejich morfologii a rozmístění v tkáni, tak i jejich transkriptom. To nám pak umožňuje najít geny, které jsou typické pro funkčně odlišné prekurzory oligodendrocytů a také které geny a signalizační dráhy se uplatňují při jejich diferenciaci. Pokud by se nám podařilo aplikovat tento přístup také v lidské tkáni, tak to může výrazným způsobem posunout naše znalosti.

A v tom plánujete pokračovat se svým novým týmem na 2. lékařské fakultě?

Přesně tak a moc se na to těším. Skupinu zakládám na Ústavu fyziologie 2. lékařské fakulty UK, která úzce spolupracuje s FN Motol, kde je blízko ke klinice a reálným pacientům. Je tam tudíž potenciál kombinovat základní výzkum na zvířecích modelech a experimenty na lidské tkáni. Často se totiž ukazuje, že aplikace slibných preklinických výsledků u lidí selhává pravděpodobně kvůli značným rozdílům ve funkcích jednotlivých buněk, což je případ právě i prekurzorů oligodendrocytů. Tudíž jsou pro další pokrok ve výzkumu experimenty na lidské nervové tkáni prakticky nevyhnutelné. Navíc je v Motole řada skvělých kolegů elektrofyziologů, se kterými plánujeme vzájemně spolupracovat.

Studovala jste medicínu na 1. lékařské fakultě UK. Kdy jste se rozhodla, že nechcete být lékařkou ale vědkyní?

Věda mě lákala odjakživa. Připadala mi tak trochu tajemná a nechápala jsem, jak vědci pracují, jakým způsobem se rozhodují, co budou zkoumat, tak jsem tomu chtěla přijít na kloub. Ve třetím ročníku na medicíně jsem se šla ze zvědavosti podívat na Den otevřených dveří na oddělení Neurověd na Ústavu experimentální medicíny Akademie věd a už jsem tam zůstala. Nabídli mi, že pokud mě to zajímá, tak tam můžu začít chodit dělat pokusy. Naštěstí se od té doby komunikace mezi vědci a společností o dost zlepšila a vědci už asi nikomu tak tajemní nepřipadají.

A proč zrovna neurovědy?

To nedokážu přesně říct, byl to spíš pocit nebo trochu výzva zkoumat mozek, který je tak složitý a komplexní. Prostě mě zajímalo, jak mozek funguje.

Jak vzpomínáte na studentská léta?

Studium na medicíně bylo náročné a stálo to hodně úsilí, naučit se a zpracovat obrovské množství informací. Člověk neměl příliš času na nic jiného. Navíc já jsem minimálně jednou týdně, vlastně kdykoliv jsem měla volno ve škole, chodila do laboratoře dělat pokusy. Ale studia medicíny jsem nikdy nelitovala a jsem moc ráda, že jsem nešla třeba na přírodovědu. Medicína mi pravděpodobně dala mnohem širší rozhled a kontext. Díky tomu lépe chápu souvislosti mezi našimi experimentálními výsledky a klinickou praxí, a to bych myslím jinde nezískala.

Máte řadu zahraničních zkušeností – kromě University of Cambridge jste byla na stážích i na Collѐge de France a na University of Bologna nebo na Erasmu na Louis Pasteur University. Co jsou ty největší rozdíly mezi vědou v Česku a v zahraničí?

Veliký rozdíl vnímám v profesionalitě – v zahraničí je kladen mnohem větší důraz na to, aby práce měla jasný cíl, aby efektivně postupovala, a aby byla té nejvyšší technické kvality. Navíc vnímám snahu o podporu nejen individuální práce, tak aby se studenti a postdoci naučili co nejvíc pro rozvoj své kariéry, ale zároveň i podpory spolupráce, jak v rámci výzkumné skupiny, tak s ostatními vědci v daném oboru. Samozřejmě jsou zde individuální rozdíly, ale přijde mi, že v Česku je práce často taková rozvleklá a víc zatížená osobními pohledy. Možná je to dané větší konkurencí v zahraničí, která obecně zvedá laťku kvality výzkumu. Ale měla jsem i trochu štěstí, že jsem působila ve skupinách, které patří ke špičkám ve svém oboru a přímo tak ovlivňují, kterým směrem se ten daný obor bude ubírat. Třeba tady v Cambridge je dobře na všech vidět, jak je ta práce baví, jak mají jasno v tom, kam směřují.

Také mi z českého prostředí chyběla schopnost kritického myšlení a hlubší odborné diskuze nad výsledky i vědeckými články. Journal cluby, kde s kolegy kriticky rozebíráte a diskutujete nejnovější publikované výsledky, jsou v Česku spíš výjimka, což jsem na začátku tady vnímala jako hendikep. Je ale také vidět, že se česká věda mění, že se vrací mladí vědci a vědkyně se zahraničními zkušenostmi a přiváží si i nové návyky. Doufám, že to povede k větší konkurenceschopnosti české vědy i mladých studentů a postdoků mířících na pobyty do zahraničí.

Seriál „Czexpats in Science z UK “‎ přináší rozhovory s úspěšnými absolventy Univerzity Karlovy, kteří vědecky působí v zahraničí.
Vzniká ve spolupráci s Czexpats in Science, spolkem, který propojuje české vědce v zahraničí mezi sebou a také s vědci a institucemi v České republice.