Przez ponad sto lat neuronauka opowiadała prostą historię. Neurony uznawano za głównych „aktorów” odpowiedzialnych za myślenie, pamięć i emocje, podczas gdy komórki glejowe traktowano jako tło wspierające. Astrocyty, mimo swojej gwiaździstej formy i powszechnej obecności w tkance mózgowej, opisywano jako komórki pasywne, które jedynie utrzymują środowisko wokół neuronów.
Ta narracja szybko się zmienia. W trakcie Brain Awareness Week wyjaśniamy, dlaczego astrocyty przesuwają się do centrum neuronauki i stają się kluczowym obszarem badań translacyjnych.
Kolejna historia mózgu
Nowe badania pokazują, że astrocyty aktywnie regulują synapsy, kontrolują równowagę jonów i neuroprzekaźników oraz kształtują sposób, w jaki sieci neuronalne reagują na stres i uszkodzenia. Innymi słowy, astrocyty nie są jedynie częścią struktury mózgu. Są elementem mechanizmów decyzyjnych mózgu.
Ta zmiana jest szczególnie widoczna w najnowszych odkryciach często omawianych w tej dziedzinie: astrocyty mogą uczestniczyć w zespołach związanych z pamięcią, pośredniczą w kluczowych sygnałach neuromodulacyjnych, takich jak noradrenalina w funkcjonalnych obwodach, oraz produkują cząsteczki wpływające na stabilność obwodów w dorosłym mózgu. Odkrycia te pomagają wyjaśnić, dlaczego dysfunkcja astrocytów jest coraz częściej powiązana z depresją, PTSD, chorobą Alzheimera i innymi zaburzeniami.
Dlaczego P4Health zaczyna od astrocytów
Filar neuronaukowy Centrum Doskonałości P4Health w Łukasiewicz – PORT został zbudowany właśnie wokół tej zmiany w neuronauce. W ramach programu Międzynarodowych Agend Badawczych (MAB) naukowcy koncentrują się na biologii astrocytów jako źródle nowych koncepcji terapeutycznych i biomarkerów translacyjnych.
Główny cel ma charakter praktyczny, a nie wyłącznie opisowy. P4Health zostało zaprojektowane tak, aby łączyć odkrycia molekularne z obiektywnymi pomiarami funkcji astrocytów w systemach przedklinicznych, co umożliwia przejście obiecujących wyników do etapu rzetelnej walidacji i przyszłego wdrożenia.
Jak działa MAB
P4Health łączy komplementarne kompetencje w ramach spójnego programu badawczego. Dr Agnieszka Krzyżosiak prowadzi badania nad kontrolą jakości białek i mechanizmami neurodegeneracji. Dr Michał Ślęzak rozwija modele umożliwiające monitorowanie fizjologii astrocytów w czasie rzeczywistym oraz ich wpływu na obwody neuronalne. Prof. Bastian Hengerer integruje neuronaukę translacyjną, strategię biomarkerową oraz logikę rozwoju przedklinicznego.
Przepływ pracy obejmuje dwa powiązane etapy. Najpierw zespoły identyfikują mechanizmy w szlakach astrocytarnych powiązanych z chorobą Alzheimera, PTSD i depresją. Następnie testują interwencje i walidują ich efekty w systemach komórkowych i zwierzęcych, wykorzystując obiektywne wskaźniki wspierające decyzje translacyjne.
Ścieżki badawcze w P4Health
Astrocyty w chorobie Alzheimera
Ścieżka dotycząca choroby Alzheimera bada, czy zaburzenia kontroli jakości białek w astrocytach stanowią wczesny czynnik inicjujący degenerację sieci neuronalnych. Zespół dr Krzyżosiak testuje szlaki związane z proteostazą, odpowiedzią na stres oraz wsparciem metabolicznym, a następnie analizuje, jak interwencje ukierunkowane na astrocyty wpływają na przeżywalność neuronów i funkcjonowanie obwodów.
Strategia ta opiera się na wcześniejszych badaniach nad stwardnieniem zanikowym bocznym (ALS), w których farmakologiczne wzmocnienie kontroli jakości białek wykazało istotny potencjał kliniczny. Jak wyjaśnia liderka zespołu:
„Obecnie stosujemy tę samą logikę w badaniach nad chorobą Alzheimera, selektywnie eksplorując nową przestrzeń terapeutyczną skoncentrowaną na astrocytach. Dzięki technologii umożliwiającej przeprogramowanie komórek, np. pobranych ze skóry pacjenta, w komórki nerwowe, możemy tworzyć modele mózgu zachowujące biologiczny wiek pacjenta. Jesteśmy w stanie odtworzyć stan konkretnej osoby dorosłej w warunkach laboratoryjnych. Tylko taki poziom precyzji daje nadzieję na terapie, które zamiast jedynie łagodzić objawy, mogą rzeczywiście zatrzymać proces degeneracji całych sieci neuronalnych poprzez przywrócenie funkcji astrocytów.”
Astrocyty w depresji
W przypadku depresji P4Health koncentruje się na metabolizmie astrocytów w warunkach przewlekłego stresu oraz mechanizmach związanych z opornością na leczenie. Badania te łączą profilowanie molekularne z fenotypowaniem funkcjonalnym, aby sprawdzić, czy korekta metabolizmu astrocytów może normalizować funkcjonowanie sieci w modelach choroby.
Dr Michał Ślęzak podkreśla ten mechanizm wprost:
„Przewlekły stres wprowadza chaos w komunikacji między komórkami nerwowymi a glejem, a przerwanie tego dialogu prowadzi do zmian w programie molekularnym obu stron. Podczas gdy większość badań koncentruje się na neuronach, opracowaliśmy kilka koncepcji oddziaływania pośredniego — poprzez astrocyty. Teraz będziemy rygorystycznie testować te pomysły z wykorzystaniem naszych technologii. Przywrócenie równowagi w chorym mózgu otworzyłoby drogę do skutecznych terapii dla milionów osób, dla których obecnie dostępne leki nie przynoszą poprawy.”
Biomarkery międzychorobowe
Ścieżka biomarkerów międzychorobowych będzie rozwijana przez jedną z nowych grup tworzonych obecnie w P4Health, kierowaną przez prof. Bastiana Hengerera. Połączy ona chorobę Alzheimera, PTSD i depresję poprzez wspólne mechanizmy biologiczne zależne od astrocytów. Integrując dane molekularne, elektrofizjologiczne, obrazowe oraz powiązane z biobankami, P4Health dąży do stworzenia translacyjnych paneli biomarkerów wspierających priorytetyzację celów terapeutycznych i przyszłą stratyfikację pacjentów.
Ta warstwa integracyjna ma stać się kluczową funkcją translacyjną zespołu prof. Hengerera, umożliwiając przejście od pojedynczych obserwacji do danych wspierających decyzje w neuronauce translacyjnej.
Od cząsteczek do sieci mózgowych
Aby połączyć mechanizmy z funkcją, P4Health wykorzystuje zintegrowany pipeline technologiczny obejmujący modele komórek ludzkich oparte na platformach hiPSC, podejścia CRISPR, profilowanie pojedynczych komórek i jąder komórkowych, elektrofizjologię MEA, fenotypowanie behawioralne, funkcjonalną ultrasonografię (fUS) oraz powiązane procesy biobankowania.
Tak zaprojektowany system umożliwia przejście od konkretnych szlaków astrocytarnych do mierzalnych efektów na poziomie sieci neuronalnych, zamiast traktować biologię molekularną i neuronaukę systemową jako odrębne obszary.
Dlaczego ma to znaczenie dla medycyny precyzyjnej
Ambicją P4Health jest tworzenie zasobów możliwych do wykorzystania w rzeczywistej pracy translacyjnej: paneli biomarkerów, ram priorytetyzacji celów terapeutycznych, standaryzowanych protokołów, zwalidowanych zbiorów danych oraz ścieżek rozwoju gotowych do współpracy z partnerami.
Praktycznym celem jest skrócenie dystansu między odkryciem naukowym a podejmowaniem decyzji przedklinicznych o wysokiej wiarygodności.
