Přeskočit na hlavní obsah

Rekonstrukční neurovědy

Výzkumné centrum

Skupinový portrét týmu z Centra rekonstrukčních neurověd

Centrum rekonstrukčních neurověd tvoří mezinárodní tým složený z pracovníků vybraných oddělení ÚEM AV ČR (Odd. regenerace nervové tkáně, Odd. buněčné neurofyziologie a Odd. neurofyziologie sluchu). Centrum řídí čtyřčlenný řídící výbor, v jehož čele stojí prof. James Fawcett z University of Cambridge. Výzkum je zaměřen zejména na studium principů regenerace poškozené nervové tkáně s cílem jejich využití v nových v léčebných přístupech. Hlavním cílem je zvýšit regeneraci axonů a plasticitu nervové tkáně, a to jednak pomocí genetické a enzymatické manipulace extracelulární matrix, popř. změnou exprese endogenních signálních molekul nezbytných pro dopravu stavebních molekul a růst axonu. Výzkumná agenda je rozdělena do několika dílčích výzkumných projektů s příslušnými milníky a výstupy. Mezi hlavní směry výzkumu patří regenerace senzorických a motorických drah po míšním poranění, zvýšení plasticity nervové tkáně po chronickém míšním poranění a zvýšení plasticity nervové tkáně s cílem zlepšit paměť během stárnutí a neurodegenerativních stavů. Projekt byl ukončen v červnu 2023 a nyní je ve fázi udržitelnosti.

Pracovníci

Zástupce vedoucího

doc. RNDr. Pavla Jendelová, Ph.D.

Vědečtí pracovníci

Mgr. Slaven Erceg, Ph.D.

MUDr. Karolína Turnovcová, Ph.D.

Mgr. Kristýna Kárová, Ph.D.

Jessica C.F. Kwok

MUDr. Lucia Machová Urdzíková, Ph.D.

Mgr. Jana Svobodová Burianová, Ph.D.

Mgr. Jana Turečková, Ph.D.

doc. MUDr. Lýdia Vargová, Ph.D.

Postgraduální studenti

Mgr. Anda Cimpean

Mgr. Noelia Martinez-Varea

Na mateřské dovolené

Mgr. Barbora Smejkalová

Na mateřské dovolené

Mgr. Kateřina Štěpánková

Pregraduální studenti

Lenka Gmiterková

Techničtí pracovníci

Hana Vargošková

Karel Třešňák

 

Logo Evropská unie, Evropské strukturální a investiční fondy, Operační program Výzkum, vývoj a vzdělání a logo Ministerstva školství, mládeže a tělovýchovy

Významné výsledky

Role perineurálních sítí v uchovávání paměti

Perineuronální sítě (PNN) hrají klíčovou roli při zrání a plasticitě neuronů a synapsí. PNN mají vliv na formování, udržení a vyhasínání paměti u různých zvířecích modelů. Podle nedávno publikované studie, oka a dutiny v PNN obsahují synapse a mohou tedy fungovat jako paměťové úložiště, které je stabilní i při stavech, během kterých dochází k retrakci synapsí (jako je anoxie nebo hibernace). Tuto teorii jsme studovali na myších, uvedených do stavu připomínající hibernaci, při které dochází k retrakci synapcí a současně jsme sledovali prostorovou paměť těchto zvířat před a po hibernaci. Použili jsme normální zvířata a zvířata, která měla v oblasti hipokampu absenci sítí, způsobenou buď rozštěpením (enzymem chondroitinázou ABC) nebo geneticky odstraněným agrekanem, který je významnou součástí PNN. V našem modelu způsobila retrakce synapsí během hibernace deficit paměti, ale ne až na úroveň naivních zvířat. Obě skupiny s enzymaticky štěpenými sítěmi (hibernující i nehibernující) měly v hipokampu v době hibernace i po ní změny na úrovni synaptických proteinů, lokalizovaných na parvalbuminových neuronech, což se projevilo v rychlejším opětovném učení v Morrisově vodním bludišti, oproti myším, které měly v době hibernace a retrakce synapsí zachované PNN. Deficit paměti se aplikací chondroitinázy nezměnil, zatímco dlouhodobá absence PNN ve skupině agrekanových knockoutů vedla k částečnému zachování paměti, avšak nedošlo ke zlepšení v opětovném učení úkolu ve vodním bludišti.

Kolážový obrázek znázorňující výsledné grafy a mikroskopické snímky nervových buněk. Detailní popis naleznete pod obrázkem.

K vyšetřování počtu aktivních synapsí v oblasti CA1 před, bezprostředně a 24 hodin po hibernaci, byla použita elektronová mikroskopie se zaostřeným iontovým paprskem. Hodnotili jsme počet aktivních synapsí ve 37°C před a po ochlazení (16–18°C ) (A). Pro analýzu byly vzaty pouze plně aktivní synapse, které se nově objevily na analyzovaném řezu (A1, detail A2). Jak myši s intaktními, tak s enzymaticky rozštěpenými perineurálními sítěmi, měly významně snížený počet synapsí bezprostředně po hibernaci, které se obnovily o 24 hodin později. U zvířat ošetřených chondroitinázou se však počet synapsí vrátil pouze na úroveň kontrolních zvířat, ale ne na jejich vlastní počáteční hodnoty. Rovněž množství presynaptického markeru Bassoon na parvalbumin pozitivních neuronech se během hibernace přechodně snížilo a po 24h vrátilo zpět. HLS – stav pripomínající hibernaci, CHABC chondroitináza, AGGKO agrekanový knockout.


Redukce perineurálních sítí inhibitorem hyaluronan syntázy zlepšuje rozpoznávací paměť u myší

Hyaluronan (HA) je základní molekula extracelulární matrix v centrálním nervovém systému, která tvoří perineuronální sítě (PNN) obklopující subpopulace neuronů. PNN kontrolují synaptickou stabilizaci jak během vývoje, tak v dospělém mozku a narušení PNN ukázalo reaktivaci nervové plasticity. Zkoumali jsme možnost prodloužení paměti snížením tvorby PNN pomocí inhibitoru syntézy HA. Dospělé myši byly krmeny krmivem obsahujícím 5 % inhibitoru syntézy HA po dobu 6 měsíců. Tato aplikace snížila hladinu glykosaminoglykanů v mozku na 72 % ve srovnání s kontrolami. Paměť byla testována pomocí testu rozpoznávání nových objektů (NOR) a testu spontánní alternace (SA). Testy NOR byly provedeny ve 2, 3, 6 a 7 měsících se zpožděním 3 h a 24 h po expozici předmětům. Významné zlepšení skóre NOR bylo zjištěno u zvířat léčených 4-MU po 3 a 6 měsících po 24hodinovém zpoždění ve srovnání s kontrolní skupinou. Jeden měsíc po ukončení léčby však účinek inhibitoru syntézy HA na zvýšení paměti nepřetrvával. Imunohistochemie potvrdila snížení PNN nižší intenzitou barvení Wisteria floribunda kolem neuronů. Kromě toho byla po 6 měsících léčby inhibitorem syntézy HA pozorována kolem dendritů v hipokampu kratší a menší arborizace agrekanových sítí.

Kolážový obrázek znázorňující výsledné grafy a mikroskopické snímky nervových buněk. Detailní popis naleznete pod obrázkem.

Reprezentativní imunofluorescenční barvení WFA v oblasti hipokampu CA1-CA3 v kontrolní skupině, skupině ošetřené po dobu 6 měsíců inhibitorem syntézy HA a po 1 měsíci vymývání. (B) Intenzita barvení WFA a celkový počet buněk pozitivních na WFA v oblasti hipokampu. Významný pokles barvení intenzity WFA byl zjištěn po 6 měsících podávání inhibitoru syntézy HA a přetrvával po 1 měsíci vymývání ve srovnání s kontrolou. WOE - vymývací efekt. Měřítko: 50 um.


Aktuální informace

2023

  • Spolupráce s prof Brittou Eickholt z Univerzity Charite (Berlín) vyústila ve společný Mobility grant, udělený AVČR a DAAD, v rámci kterého probíhají výměnné pobyty studentů obou pracovišť.
  • Spolupráce s Joostem Verhaagenem z Amsterodamu umožnila další přípravu virových vektorů v jeho laboratoři i roce 2023 (Dr. Kristýna Kárová a Mgr. Lydia Knight).
  • V březnu 2023 navštívili Centrum B. Niuvenhuis, R. Eva a E. Bradbury a diskutovali jsme výsledky společných projektů a další spolupráci plánovanou na období udržitelnosti.

2022

  • V průběhu roku došlo k zahájení realizace výzkumného projektu „Hyperactive PI3 Kinase and activated integrin for corticospinal regeneration“ financovaného švýcarskou nadací International Foundation for Research in Paraplegia. Jedná se již o druhý výzkumný projekt podpořený touto švýcarskou nadací.
  • Několik studentů zapojených do projektu absolvovalo zahraniční stáže na partnerských pracovištích (lnstitute of Biochemistry, Charité-Universitätsmedizin Berlin, University King´s College London)
  • Výsledky projektu byly prezentovány na významných zahraničních akcích. Jednalo se zejména o kongres FENS 2022 v Paříži, Miami axon repair workshop, konference 7th Neurological Disorders Summit v San Franciscu (doktorka Kárová předsedala sekci Stroke and Neurotrauma), konferenci AMBRA ve Wrocławi, Evropský kongres TERMIS EU v Krakově, kde docentka Jendelová prezentovala výsledky Neuroreconu v sekci Tkáňové inženýrství a regenerativní medicína v České republice. Čtyři členové týmu se rovněž zúčastnili konference Americké neurovědní společnosti, kde prezentovali výsledky projektu.
  • V květnu 2022 ÚEM pořádal v rámci projektu dvoudenní setkání „Regeneration meeting“ za účasti členů laboratoře prof. Elizabeth Bradbury (King´s College London) a v září Minisymposium na téma regenerace a plasticita centrálního nervového systému za účasti několika zahraničních řečníků.
  • Dr Kwok se zúčastnila konference Biocev Days, kde přednesla plenární přednášku na téma The Role of Extracelullar Matrix in Nervous System Regeneration.
  • Členové týmu se zúčastnili popularizačních akcí, kde prezentovali výsledky projektu (přednáška doc. Jendelové v rámci Týdne mozku, prezentace na Dnu otevřených dveří v rámci Týdne vědy, Veletrh vědy a Noc vědců).

2021

  • konference Regeneration I s účastí zástupců partnerských organizací z Polska, Slovenska a Maďarska (Massakowski Medical Research Centre Polish Academy of Sciences, Neuroimunologický ústav SAK, BioTalentum Ltd.), BIOCEV, Vestec
  • prezentace výsledků na 13. konferenci České společnosti pro neurovědy ČLS JEP, Praha
  • prezentace výsledků na 19. Spondylochirurgickém kongresu, Špindlerův Mlýn

2020

  • přednáška prof. Dr. Andreas Faissner (Department of Cell Morphology & Molecular Neurobiology , Ruhr-University, Bochum, Německo) – Structural and functional characterization of the CNS matrisome
  • získání nových grantů: Visegrad fund „V4RM – Bridging the gap between science, education and enterprise in regenerative medicine“ a EMBO short-term fellowship
  • prezentace výsledků na konferenci VIBes in Biosciences 2020, Belgie

2019

  • přednáška prof. Mark H. Tuszynski, M.D., Ph.D. (Director, Center for Neural Repair, Department of Neurosciences, University of California – San Diego) – Neural Stem Cells for Spinal Cord Injury
  • přednáška prof. Martin E. Schwab (Institute for Regenerative Medicine, University of Zurich and Dept. of Health Sciences and Technology, ETH Zurich) – Neurobiological mechanisms of functional recovery after spinal cord injury or stroke; from the lab bench to the clinic with a neurite growth enhancing therapy
  • prezentace výsledků projektu na konferenci TERMIS European Chapter Meeting 2019, Řecko
  • prezentace výsledků na konferenci XIV. European Meeting on Glial Cells in Health and Diseases, Portugalsko
  • studijní pobyt člena realizačního týmu na University of Leeds, Velká Británie –  studie vlivu rozrušení ECM v míšní lézi na regeneraci míšní tkáně
  • přednáška prof. Catherina G. Becker, FRSB (Centre for Discovery Brain Sciences, The University of Edinburgh) –  The immune systems controls successful spinal cord repair in zebrafish
  • prezentace výsledků na konferenci SFN Neuroscience 2019 Chicago,USA

2018

  • přednáška Dr. Elisabeth Bradbury (King’s College London) – Restoring function after spinal cord injury: targeting glial scar matrix and endogenous repair processes
  • přednáška Dr. Kristiana Franzeho (Department of Physiology, Development and Neuroscience University of Cambridge) – The mechanical regulation of neuronal development and regeneration
  • přednáška prof. Joosta Verhaagena (Netherlands Institute for Neuroscience) – Neuronal regeneration: from gene networks to gene therapy
  • přednáška prof. Britty Eickholt (Charité – Universitätsmedizin Berlin) – Injury induced drebrin controls astrogliosis and scar formation by regulating tubular endosomes and adhesion responses
  • Mgr. Neumannová se zúčastnila 3-denního workshopu na téma Aplikace virových vektorů do míšních ganglií v Netherlands Institute for Neuroscience, Amsterdam
  • tříměsíční pracovní stáž Mgr. Hahnové v laboratoři Joao Relvase, Institute for Molecular and Cell Biology, University of Porto
  • Konference Controlling neuronal plasticity – developmental disorders and repair ve Vile Lanna, Praha

2017

  • konference Regeneration, Plasticity, Protection (prof. James Fawcett)
  • dvoudenní workshop odborníků z JOHN VAN GEEST CENTRE FOR BRAIN REPAIR, které spadá pod oddělení klinických neurověd na Universitě v Cambridge
  • DRG INJECTION WORKSHOP (Dr. Menghon Cheah)
  • Perineuronal net treatments for memory loss (Dr. Sujeong Yang)
  • školící workshop na téma izolace DRG in situ v oblasti krční a bederní páteře doprovázená praktickými ukázkami, jak otevřít správné obratle a identifikovat odpovídající dorzální ganglia
  • navázána spolupráce s Dr. Vincenzem de Paola z Imperial College v Londýně (in vivo zobrazování organotypických řezů) a Dr. Diegem Perettim z Univerzity v Cambridge (model hibernace)
  • tříměsíční pracovní stáž Dr. Růžičky na pracovišti Dr. Vincenza di Paola
  • přednáška prof. Toshitaka Oohashi – The Hyaluronan and Proteoglycan Link Proteins: Organizers of the Brain ECM and Key Molecules for Neuronal Function and Plasticity
  • pracovní stáž Mgr. Dubišové na Univerzitě v Cambridge
  • účast členů projektu na kongresu tkáňového inženýrství a regenerativní medicíny TERMIS EU 2017 ve Švýcarsku, organizace symposia „New trends in CNS repair“ v rámci kongresu, tři přednášky a dvě plakátová sdělení
  • navázána spolupráce se skupinou Dr. Andrase Lakatose z Cambridge, přednáška na téma: Regulatory networks controlling protective and detrimental astrocyte phenotypes in injury and ALS.
  • v průběhu roku bylo postupně vybudováno pracoviště Centra a pořízeno investiční vybavení včetně Lightsheet mikroskopu

Projekty

Poskytovatel

Rok

Publikace