„Buňky si prý taky občas projdou krizí středního věku a rozhodnou se změnit povolání. Jen u mozkových buněk tomu vědci zatím úplně nevěří.“

(volný vtip o proměně buněčné identity)

Dospělý mozek má jen omezenou schopnost vytvářet nové neurony a ještě omezenější schopnost nahradit ty, které ztratí kvůli nemoci. Nová laboratorní studie ale naznačuje, že by se to mohlo změnit. Pomocí gelu, který donutí jiný typ mozkových buněk stát se neurony. To je velmi slibná myšlenka. Jenže přesně tahle konkrétní myšlenka spustila už jednou jeden z nejsledovanějších vědeckých sporů posledních let.

Jak to funguje?

Tým vedený farmaceutickým vědcem Peishengem Xu z University of South Carolina publikoval v časopise Cell Biomaterials studii naznačující, že snížení hladiny klíčového proteinu v takzvaných astrocytech (hvězdicovitých buňkách, které v mozku hojně chrání a podporují funkci neuronů) by mohlo tyhle buňky proměnit přímo v neurony. Klíčovým proteinem je PTBP1, důležitý pro vývoj a identitu astrocytů.

Dřívější výzkum už naznačoval, že by odstranění tohohle proteinu mohlo astrocyty přeměnit na neurony. Jenže pozdější experimenty tyhle výsledky zpochybnily. Expertům se totiž nepodařilo nově vzniklé neurony spolehlivě vystopovat zpátky k astrocytům, ze kterých měly vzniknout. „Cítili jsme, že je zvláštní, že dvě skupiny lidí došly k odlišným závěrům,“ řekl Xu pro Live Science. Následně se rozhodl rozpor prozkoumat.

Použil k tomu techniku vyvinutou dřív ve své laboratoři, nazvanou Nano-Eraser. Ta dokáže z astrocytů odstranit protein PTBP1, aniž by přitom upravovala jakékoli geny buňky. Tým zabalil protilátku cílenou na PTBP1 do polymerního gelu, který jí pomohl proniknout přes hematoencefalickou bariéru. Ta je přirozenou strážní branou, která brání většině látek z krevního oběhu v průniku do mozku. Jakmile se protilátka dostane k astrocytům, naváže se na PTBP1 a přiměje vnitřní mechanismus buňky, aby protein zničil.

Co tedy gel skutečně způsobil?

Tým ho nejdřív otestoval na lidských astrocytech pěstovaných v laboratorních miskách. Ty během několika dní ztratily svůj charakteristický hvězdicovitý tvar a začaly tvořit axony, kterými neurony vysílají signály. Zvýšilo se u nich i množství bílkovin typicky obsažených v neuronech. Buňky později vykazovaly elektrickou aktivitu, která dále potvrdila, že fungují podobně jako neurony.

Dokázaly dokonce vystřelovat synchronně. Podobné výsledky přinesl gel i u organoidů, miniaturních modelů mozku pěstovaných z lidských kmenových buněk. Následovalo další testování na myších modelech Alzheimerovy choroby. Jde o laboratorní myší, které ztratily neurony a vyvinuly si typické znaky nemoci včetně zánětu, ztráty kognitivních funkcí a lepivých shluků bílkoviny v mozku.

Myši dostaly dvě intravenózní dávky gelu s odstupem osmi dní. Během následujících čtyř týdnů naznačovalo jejich chování zlepšenou paměť a schopnost stavět kvalitnější hnízda než u ostatních hlodavců. To je ukazatel zlepšené behaviorální funkce. Při následném zkoumání mozků léčených myší vědci zjistili vyšší hustotu neuronů a nižší hladinu zánětlivých molekul.

Přiznání, které stojí za pozornost

„Ale zatímco laboratorní experimenty naznačovaly, že se astrocyty proměnily v neurony, tohle zjištění se u živých myší zatím nepotvrdilo,“ řekl Xu. „Pozorovali jsme, že hustota neuronů se u léčených myší zvýšila oproti neléčeným, ale zatím nemůžeme vyloučit možnost, že se na neurony mohly proměnit i jiné neurální kmenové buňky.“ Christiane Wrannová, neuroložka z Harvard Medical School, která se na studii nepodílela, považuje přístup za „docela zajímavý, podnětný a inovativní“.

Hlavně kvůli tomu, že použitý gel dokáže prokazatelně překonat hematoencefalickou bariéru. To je zcela klíčové pro vývoj jakékoli terapie cílené přímo na mozek. Souhlasí ale, že by bylo potřeba dalších experimentů kvůli zjištění, jestli se konkrétní astrocyt v myším mozku skutečně proměnil v neuron.

Tahle opatrnost není jen obecná vědecká zdvořilost. Je to přímé, informované přiznání ke konkrétnímu, dosud nevyřešenému sporu. Ten totiž zavedl už jednou veřejně na scestí přinejmenším dvě vysoce sledované studie o přesně tomhle proteinu.

Tři roky a titulky stránky Nature

„Vědecký spor někdy vypadá jako reality show. Jeden tým tvrdí ano, druhý ne, a všichni čekají na další díl v odborném časopise.“

(volný komentář ke sporu kolem proteinu PTBP1)

V roce 2020 vyšly dvě vysoce sledované studie, jedna v časopise Nature, druhá v Cell. Obě přinesly zjištění, že snížení hladiny PTBP1 v astrocytech dokáže tyhle buňky přeměnit přímo na dopaminergní neurony uvnitř mozků živých myší. A že tenhle proces zvrátil v myším modelu Parkinsonovy choroby motorické příznaky. Šlo o mimořádně vzrušující výsledek. Naznačoval totiž cestu, jak nahradit přesně ten typ neuronů, který se u Parkinsonovy choroby ztrácí. Surovinou totiž byly hojně dostupné podpůrné buňky, takže výsledky vyvolaly v oboru regenerativní medicíny obrovské nadšení.

Během následujících tří let se ale několik nezávislých výzkumných týmů pokusilo zjištění potvrdit mnohem přísnějšími metodami takzvaného liniového sledování. Jde o genetické techniky, které trvale a jednoznačně označí původ buňky. Liší se tak od virových reportérových značek, jež se občas mohou „propašovat“ i do buněk, do kterých vůbec neměly proniknout.

Nulová replikace

A právě pomocí těchto přísnějších metod několik týmů oznámilo, že se jim původní konverzi vůbec nepodařilo zopakovat. Další studie časopisu Cell z roku 2021zjistila, že domněle z astrocytů vzniklé neurony v původním přístupu vůbec nebyly přeměněné astrocyty. Mělo jít o už existující neurony, které virový vektor omylem přímo nakazil. Další studie použila genetické odstranění PTBP1 specificky v astrocytech místo virového podání.

A v žádné ze zkoumaných oblastí mozku nenašla žádnou přeměnu astrocytů na neurony. Do roku 2023 se tento spor stal natolik prominentním, že časopis Nature publikoval formální zpochybnění původních zjištění i odpověď původních autorů ve stejném roce. Vznikl tak vzácný případ vysoce sledovaného vědeckého spor odehrávající se přímo na stránkách jednoho z nejvýznamnějších časopisů oboru, taková textová reality show.

Proč to má význam i u dnešního případu?

Rozhodně to neznamená, že snížení PTBP1 nic nedělá, ani že je nová studie z University of South Carolina špatná. Podle přehledové práce z roku 2024 zůstává v této otázce opravdu rozdělený samotný obor. A je možné, že výsledek závisí na způsobu podání, stavu buněk (klidové versus reaktivní astrocyty) nebo dalších proměnných, kterým zatím úplně nerozumíme.

Znamená to ale, že Xuovo pečlivé zdůraznění nejistoty – „zatím nemůžeme vyloučit možnost“ – není jen obligátní vědecká skromnost. Je to přímé, informované přiznání ke konkrétnímu, nevyřešenému sporu, který už jednou veřejně zaskočil přinejmenším dvě vysoce postavené studie na stejné téma.

Gel jako novinka

„Trpělivost, Luční koníku.“

Mistr Po, Kung Fu

Skutečně nový a slibný na téhle studii možná není ani tak sporný mechanismus konverze samotné, je to způsob podání. Gel s protilátkou, který dokáže překonat hematoencefalickou bariéru a přímo zničit cílený protein bez úpravy jakýchkoli genů, úspěšně testovaný pomocí dvou intravenózních dávek. To je totiž sám o sobě pozoruhodný technický úspěch bez ohledu na to, jak dopadne spor o mechanismus.

Jestli zlepšená paměť a vyšší hustota neuronů u myší pocházely konkrétně z přeměny astrocytů na neurony, nebo z nějakého jiného, zatím neidentifikovaného mechanismu, který gel spustil, zůstává otázkou. A u té se tým tento obor už jednou spálil, když příliš pospíchal.

Další krok, který Xuův tým plánuje, je přesné sledování původu buněk u živých myší, než se přesune k testům na primátech a případně k lidem. To je přesně ten typ vědecké poctivosti, jejíž vynechání nebo uspěchání trvalo poprvé tři roky a formální spor na stránkách Nature, než se to podařilo pořádně rozklíčovat.

Zdroje: LiceScience, TranslationalNeurodegeneration

Článek Gel, který mění mozkové buňky na neurony? Už jednou se kvůli tomu hádali se nejdříve objevil na Seek And Think.