Zkoumané nemoci
Na této straně najdete
Předmětem našeho výzkumu je především hledání genetické podstaty a objasnění patogeneze závažných onemocnění člověka s cílem přispět ke zlepšení diagnostiky a k vývoji nových přístupů v účinné terapii i prevenci.
Mozek
Poruchy biorytmů
Naše geny určují, jestli budeme spíše ranní ptáče, nebo sova. Vzepření se našemu vnitřnímu rytmu pak může mít negativní účinek na naše zdraví.
Studujeme proto molekulární mechanizmy seřizování biologických hodin s vnějším časem a zdravotní dopady defektu tohoto procesu. Zabýváme se ale i poruchami časové regulace u různých psychiatrických a neurologických chorob, u kterých je narušen spánkový režim pacientů (např. bipolární porucha, Alzheimerova choroba, hypersomnie).
Rytmické spínaní a vypínání hodinového genu Bmal1 s přibližně denním cyklem měřené v buňkách z kožních biopsií dvou zdravých dobrovolníků. Tento rytmus u jedince znázorněného modrou barvou běží rychleji, tj. s kratší periodou, než u jedince znázorněného červeně. Podrobnosti na stránce Oddělení neurohumorálních regulací.
Vědecká oddělení
BIOLOGICKÉ RYTMY
Alzheimerova nemoc
Alzheimerova nemoc je v rozvinutých zemích nejčastějším neurodegenerativním onemocněním centrálního nervového systému, jehož výskyt se exponenciálně zvyšuje s prodlužujícím se věkem. Náklady na péči o pacienty jsou velmi vysoké a účinná léčba doposud neexistuje.
Podle dnešních poznatků je primární příčinou tohoto onemocnění zvýšení produkce polypeptidů ß-amyloidu, které postupnou agregací tvoří charakteristické amyloidové plaky. Příčina zvýšené tvorby ß-amyloidu je známá jen u dědičných forem onemocnění způsobených známými defekty genů, které však představují pouze 1–2 % všech onemocnění. Apolipoprotein E4 (apoE4) je nejběžnější genetický rizikový faktor Alzheimerovy choroby, který snižuje věk nástupu onemocnění. Studiem vlivu apoE4 na neurony a synapse se snažíme pochopit neuronální specificitu neurodegenerace u této nemoci. Jedním z neměnných rysů tohoto onemocnění totiž je poškození cholinergních neuronů přenášejících signál pomocí acetylcholinu.
Kromě toho se u Alzheimerovy nemoci snažíme na behaviorální úrovni porozumět procesům spojeným s poruchami kognitivních funkcí (paměť, prostorová orientace, učení).
Vědecká oddělení
Molekulární neurobiologie
Neurochemie
Neurofyziologie paměti
Neuropatická bolest
Bolest nás obvykle varuje před poškozujícími podněty, na které je potřeba rychle reagovat. Někdy se však tato užitečná bolest stává patologickou.
Pro takovou neuropatickou bolest vyvolanou poraněním či poškozením periferní nebo centrální části nervového sytému je charakteristické abnormální vnímání bolesti – allodynie (bolest je vyvolaná i podnětem za normálních okolností nebolestivým) a hyperalgézie (zvýšená citlivost k bolestivým podnětům a zvýšená bolestivá odpověď na ně). Často je přítomná i spontánní bolest nezávislá na stimulaci.
Přesné mechanizmy vzniku neuropatické bolesti dosud nejsou plně poznány. Částečně může být vysvětlena patofyziologickými změnami, které nastávají po poranění neuronů, často se však vyskytuje jako symptom jiného onemocnění, například cukrovky, roztroušené sklerózy, infarktu nebo rakoviny. Může být ale vyvolána i drogami, virovým onemocněním, toxiny, nebo dokonce léky (jako nežádoucí vedlejší účinek při léčbě cytostatiky může omezovat jejich využití při léčbě rakoviny).
Běžně používané prostředky tišící bolest bývají v případě neuropatické bolesti většinou neúčinné, což ji činí jen obtížně léčitelnou. Proto studujeme mechanizmy vnímání bolesti (nocicepce) za normálních a neuropatických stavů s cílem lépe pochopit mechanizmy neuropatické bolesti a vyvinout účinnější terapii.
Vědecká oddělení
Výzkum bolesti
Deprese
Afektivní poruchy (poruchy nálady), především pak deprese, patří mezi nejčastější a život nejvíce ztěžující psychická onemocnění.
Příčiny deprese ani mechanizmus jejího vzniku nejsou jisté, přičítají se vlivům genetickým, endokrinním i výživovým. U pacientů trpících depresí jsou pak pozorovány různé fyziologické, histologické i morfologické změny v mozku.
Máme sice k dispozici mnoho účinných antidepresiv, avšak podle výsledků klinických studií je u 30–50 % pacientů terapeutická odpověď nedostatečná a navíc se nástup účinku dostaví až po několika týdnech či měsících. Náš výzkum v této oblasti se proto soustředí na hledání látek s rychlejším nástupem účinku a zároveň na objasnění mechanizmu jejich účinku.
Vědecká oddělení
Neurofyziologie paměti
Schizofrenie
Schizofrenie je velmi vážné neuropsychiatrické onemocnění, jehož první příznaky se začínají projevovat v adolescenci a rané dospělosti.
Její symptomy mohou být rozděleny do tří skupin:
- pozitivní (halucinace, bludy)
- negativní (emoční otupělost, neschopnost prožívat kladné emoce a city – anhedonie)
- kognitivní (poznávací).
Příčiny této nemoci nejsou dosud uspokojivě objasněny. My se zabýváme studiem neurobiologie kognitivních symptomů a mechanizmu účinku antipsychotik na tyto symptomy. Svými výsledky se podílíme na formování vědeckého pohledu, který v rozvoji tohoto onemocnění klade důraz na roli kognitivních příznaků, včetně poruch pozornosti a exekutivních funkcí (schopnosti posuzování, plánování). V dřívějším pojetí této choroby bylo totiž poškození kognice chápáno pouze jako sekundární symptom a/nebo jako vedlejší účinek podávání antipsychotik.
A jak testujeme kognitivní funkce zvířecích modelů? V Morrisově vodním bludišti sledujeme, jak se potkan dokáže orientovat v prostoru a jak rychle se naučí doplavat v bazénku na skrytý ostrůvek umístěný těsně pod hladinou (vlevo). Podobně v otáčejícím se bludišti se potkan učí vyhnout vymezené části prostoru, ve které dostává slabou elektrickou ránu (vpravo). Ilustrace Marie Entlerová
Vědecká oddělení
Neurofyziologie paměti
Epilepsie
Epilepsie je jedním z nejčastějších onemocnění mozku a postihuje každého stého člověka. Prvotní záchvat může být v mozku vyvolán celou řadou spouštěčů – úrazem, krvácením, infekcí či ischémií (nedokrvením) mozku.
Následkem záchvatu dochází k poškození a epileptogenním přestavbám mozku, které působí výskyt spontánních a opakovaných záchvatů, jež definují epilepsii. V důsledku změn mozku na molekulární, strukturní i funkční úrovni je epilepsie doprovázena
- poruchami kognitivních funkcí, které zahrnují mj. rozpoznávání, paměť, učení a přizpůsobování se měnícímu se prostředí
- změnami psychomotorického vývoje
- neuropsychiatrickými symptomy
Pochopení mechanizmů vzniku záchvatů je klíčové pro vývoj léčby epilepsie. Studujeme proto vznik, šíření a zástavu epileptické aktivity v dospělém i nezralém mozku, včetně jejího farmakologického ovlivnění. Zabýváme se i důsledky časného poškození mozku a mechanizmy, které se při vzniku tohoto poškození uplatňují.
Vývoj motorických schopností potkana v časné fázi vývoje může být narušen vlivem epileptické aktivity.
Vědecká oddělení
Vývojová epileptologie
Srdce
Srdeční arytmie
V současné době mají v civilizovaném světě kardiovaskulární onemocnění na svědomí největší počet úmrtí, přičemž s tím, jak stárne populace, přibývá srdečních arytmií (poruch srdečního rytmu).
Jejich výskyt bude tedy v blízké budoucnosti stále častější. Přitom mnoho příčin arytmií zůstává stále velkou neznámou a jejich možný původ v odchylkách normálního vývoje srdce je nedostatečně prozkoumán. Proto jsme se zaměřili na mapování možných příčin arytmií z pohledu vývojové kardiologie od molekulární až po orgánovou úroveň. Klíčovou roli hraje vývoj převodního systému srdečního. Defekty v jeho funkci během vývoje vedou k poruše tvorby vzruchů a zpomalenému nebo úplně přerušenému vedení jednotlivými částmi srdce, z čehož pramení značný počet arytmií.
Kuřecí zárodek je vhodným modelem pro studium srdečních arytmií. Vlevo je kuřecí zárodek kultivovaný v plastové misce při echokardiografickém vyšetření, uprostřed videozáznam z otevřeného vejce u 4denního embrya (ED4) a vpravo mikroultrazvuk kuřecího zárodku v pozdějším stadiu (ED8).
Vědecká oddělení
Vývojová kardiologie
Chronické srdeční selhání
Výskyt chronického srdečního selhání v Evropě prudce stoupá, přičemž na této epidemii se podílí stárnutí populace, snížená úmrtnost na srdeční choroby a značné rozšíření metabolických rizik – obezity a diabetu.
Právě souvislost metabolických poruch a srdečního selhání studujeme na nejrůznějších modelových kmenech laboratorních potkanů. Selhávající srdce nezvládá svou funkci, tedy pumpovat krev do celého těla, a proto je nutné implantovat mechanickou podporu, či dokonce srdce transplantovat. Analýza vzorků od pacientů podstupujících transplantaci srdce by nám měla ukázat, zda mohou být za rozvoj chronického srdečního selhání zodpovědné defekty mitochondrií, hlavních producentů energie v buňkách. Přitom hledáme charakteristické markery pro identifikaci nových pacientů i nové potenciální cíle léčby.
Selhávající srdce potkana lze rozpoznat od srdce zdravého během echokardiografického vyšetření (EKG), které probíhá v celkové narkóze.
Vědecká oddělení
Bioenergetika
Genetika modelových onemocnění
Vývojová kardiologie
Ischemická choroba srdeční
Ischemická choroba srdeční se rozvíjí v důsledku sníženého průtoku krve v srdečním svalu (myokardu) zapříčiněného obvykle aterosklerózou. Srdeční sval se nedokrvuje, tedy trpí ischémií, přičemž je nedostatečně zásoben kyslíkem. Konečným stadiem pak je infarkt myokardu.
Poznání mechanizmů, které hrají úlohu v odolnosti srdečního svalu k poškození vyvolanému akutním nedostatkem kyslíku (hypoxií), může napomoci pokroku v léčbě ischemické choroby srdeční a prevenci infarktu. Studujeme proto zvýšenou toleranci srdce k ischémii, a to jak přirozenou u neonatálního srdce, tak vyvolanou buď adaptací potkana na chronickou hypoxii, nebo fyzickým tréninkem. K dispozici však máme i zvířecí modely, u nichž je naopak patologicky zvýšena citlivost k ischemickému poškození v důsledku různých forem systémové hypertenze a dyslipidémie, což je stav zvýšené koncentrace lipidů či lipoproteinů v krevní plazmě.
Na izolovaném perfundovaném srdci potkana je možné sledovat průtok (perfuzi) cévami srdečního svalu a histochemicky stanovit velikost oblasti infarktu.
Jedním ze způsobů posílení odolnosti srdce k ischémii je tělesné cvičení. Takto potkani cvičí na běhacím pásu.
Vědecká oddělení
Vývojová kardiologie
Hypertenze
Vysoký krevní tlak (hypertenze) je jednou z civilizačních chorob, které souvisejí s nevhodným životním stylem a stále rozšířenější obezitou.
Její rostoucí rozšíření je rovněž spojeno se stárnutím populace, svoji roli však hrají i genetické předpoklady. Neléčená hypertenze je často doprovázena dalšími onemocněními oběhové soustavy (aterosklerózou, cévními mozkovými příhodami, či ischemickou chorobou srdeční).
Abychom pochopili příčiny vzniku a rozvoje hypertenze, používáme jako model potkany s genetickou i experimentální formou tohoto onemocnění. Studujeme vlivy vnějších faktorů v interakci s genetickou predispozicí během vývoje. Snažíme se také popsat mechanizmy cévní kontrakce a úlohu vazokonstrikčních (cévy zužujících) a vazodilatačních (cévy rozšiřujících) systémů v regulaci krevního tlaku.
Na řezu aortou je zobrazen alfa-aktin (detekovaný pomocí specifické protilátky značené červeně) a buněčná jádra (modrá). Zelený signál je autofluorescence.
Na řezu nadledvinkou je obarvena tyrozin hydroxyláza. Tento enzym v dřeni nadledvinek katalyzuje klíčový krok syntézy hormonů katecholaminů, které se podílejí na regulaci krevního tlaku.
Vědecká oddělení
Experimentální hypertenze
Genetika modelových onemocnění
Metabolismus
Nemoci kostní dřeně
Vědecká oddělení
Molekulární fyziologie kosti
Kvasinkové infekce (kandidózy)
Mezi nejčastější původce kvasinkových infekcí patří kvasinky rodu Candida, které jsou běžnou součástí lidské mikroflóry. V případě oslabení imunity (např. v důsledku AIDS, transplantací orgánů či chemoterapie) se ovšem stávají životu nebezpečnými patogeny.
Boj s bakteriálními infekcemi byl usnadněn objevem penicilinu a následným vývojem celé řady antibiotik. Vývoj antimykotik je však komplikován tím, že kvasinkové i lidské buňky jsou buňky eukaryotní fungující na podobných principech, a není tedy snadné najít látku, která by vyhubila selektivně pouze kvasinky. Patogenní kvasinky rodu Candida mají ve svých membránách některé přenašeče, které se svou strukturou a aktivitou liší od membránových přenašečů v buňkách hostitelského organizmu. Zkoumáme proto tyto přenašeče vzhledem k možnosti, že by se mohly stát cílem působení nových typů antimykotik.
Vědecká oddělení
Membránový transport
Nádorová onemocnění
Česko drží první místo ve výskytu kolorektálního karcinomu, lidově nazývaného rakovina tlustého střeva a konečníku.
Příčiny vzniku musíme hledat především v narušení střevní sliznice nezdravým životním stylem a nevhodnou stravou a jedním z rizikových faktorů je podle Světové zdravotnické organizace i práce na směny. Na modelu myši proto zkoumáme, jak narušení vnitřních biologických hodin a přirozeného rytmu den/noc a nezdravé vystavení světlu během noci přispívá ke vzniku a rozvoji kolorektálního karcinomu. Pochopení mechanizmů, které propojují cirkadiánní hodiny a řízení buněčného cyklu v procesu karcinogeneze, je důležité pro prevenci (vyvarování se škodlivým vlivům prostředí) i samotnou léčbu (vývoj léčiv, která cílí na nově objevené geny zodpovědné za vznik a rozvoj kolorektálního karcinomu).
U rakovinných buněk obecně často dochází k celkové proměně energetického metabolizmu. Studujeme proto také specifické rysy bioenergetiky nádorových buněk.
Vzorek kolorektálního karcinomu lze z histologického preparátu střevního epitelu získat metodou laserové mikrodisekce.
Vědecká oddělení
Molekulární fyziologie kosti
Biologické rytmy
Svalová atrofie
Látky, které zastaví ochabování nepoužívaných svalů, v budoucnu usnadní život starším lidem, pacientům upoutaným na lůžko nebo astronautům na dlouhých kosmických výpravách.
Jedním ze svalů, který nejvíce zahálí a ochabuje například u astronautů ve stavu beztíže, je lýtkový sval (Musculus soleus), jeden z tzv. antigravitačních svalů, které udržují tělo ve vzpřímené poloze.
Na svalové atrofii se ale podílí desítky genů, takže vývoj účinných preparátů na ovlivnění jejich činnosti bude složitý. Prvním krokem je pochopení mechanizmů vedoucích k vývoji svalu, proto studujeme kombinaci vlivu genetických vlastností a vlivu vnějších faktorů na produkci specifických svalových proteinů, které mají za následek diferenciaci různých typů svalových vláken.
Různé typy svalových vláken můžeme na řezu kosterním svalem potkana identifikovat na základě imunohistochemických reakcí. Příčné řezy jsou obarveny pomocí specifických protilátek detekujících proteiny specifické pro různé typy svalových vláken.
Vědecká oddělení
Výzkum bolesti
Dědičné metabolické poruchy
Mitochondrie jsou buněčné organely, které zastávají úlohu hlavního producenta energie v buňkách na molekulární úrovni.
K jejich studiu využíváme jak zvířecích modelů, tak buněk z pacientů s různými dědičnými mitochondriálními poruchami, které se projevují energetickou nedostatečností zejména v energeticky náročných tkáních, jako jsou srdce, sval a mozek (hovoříme proto o mitochondriálních kardiomyopatiích či encefalopatiích).
Pro klinickou praxi vyvíjíme metodiku pro diagnostiku mitochondriálních poruch, a to ve vzorcích lymfocytů izolovaných z krve pacientů. Odběr krve je totiž pro převážně dětské pacienty výrazně méně bolestivý a traumatizující než svalová či kožní biopsie, které se v diagnostice obvykle uplatňují.
Izolace lymfocytů začíná navrstvením odebrané krve na denzitní médium Ficoll. Jednotlivé krevní buňky poté při nízkých otáčkách centrifugace sedimentují podle své velikosti – na dně jsou červené krvinky (erytrocyty), následuje vrstva Ficollu, na níž se nachází nepatrný prstenec bílých krvinek (leukocytů), které jsou příliš velké, aby prošly Ficollem ke dnu. Většinu zde představují lymfocyty. Vrchní vrstvu pak tvoří krevní plazma.
Vědecká oddělení
Bioenergetika
Diabetes 2. typu
Diabetes mellitus 2. typu (nepřesně také „stařecká cukrovka“) je jednou z nejvýznamnějších složek metabolického syndromu.
Nepostihuje zdaleka jen starce a někdy se projevuje i ve výrazně ranějším věku. K jejímu rozvoji zpravidla přispívá nevhodná životospráva. Diabetes mellitus 2. typu je charakteristický zvýšenou hladinou krevního cukru a neschopností tkání tento cukr využívat. Děje se tak proto, že orgány nereagují na působení hormonu inzulínu (tzv. inzulínová rezistence). Ten za normálních okolností po jídle tlumí výrobu cukrů v játrech a naopak podporuje jejich ukládání v játrech a svalech. První fáze léčby diabetu mellitu 2. typu proto spočívá ve zlepšení reakce tkání na inzulín. Toho lze dosáhnout úpravou životosprávy nebo podáváním léčiv, na jejichž vývoji se podílíme.
Vědecká oddělení
Biologie tukové tkáně
Membránový transport
Výzkum pankreatických ostrůvků
Obezita a metabolický syndrom
Dnes častá kombinace přejídání a nedostatku pohybu vážným způsobem vychyluje energetickou rovnováhu organizmu.
Přebytečná energie je ukládána zejména v podobě lipidových zásob v tukové tkáni. Současně ale roste množství nežádoucích lipidů v dalších tkáních a v krvi. S obezitou je proto spojen komplex zdravotních poruch souhrnně nazývaný metabolický syndrom. Některé z těchto nemocí podrobně studujeme (např. hypertenzi, aterosklerózu, inzulínovou rezistenci, diabetes 2. typu).
Při boji s obezitou je velká pozornost věnována bílé tukové tkáni a možnosti stimulovat zde odbourávání lipidů. Pátrání po přirozených látkách zvyšujících spalování lipidů v bílé tukové tkáni nás přivedlo ke studiu ω-3 polynenasycených mastných kyselin (ω-3 PUFA), bohatě zastoupených např. v rybím oleji. Pochopení mechanizmů působení těchto mastných kyselin na náš metabolizmus by nám mohlo pomoci lépe využít těchto látek při prevenci a především pak léčbě obezity.
Pro studium obezity nám jako experimentální model slouží obézní myš. Počítačová tomografie určená pro malá zvířata (μCT) nám umožňuje porovnat tuková depa hubené a obézní myši (tuk červeně, kosti žlutě).
