Can the damaged brain repair itself?

After a traumatic brain injury, it sometimes happens that the brain can repair itself, building new brain cells to replace damaged ones. But the repair doesn't happen quickly enough to allow recovery from degenerative conditions like motor neuron disease (also known as Lou Gehrig's disease or ALS). Siddharthan Chandran walks through some new techniques using special stem cells that could allow the damaged brain to rebuild faster. (Siddhartan Chandran)

 

Video zaměřené na uvedené téma naleznete na serveru www.ted.com.

Transcript:

Velmi mě těší, že tu dnes mohu být, abych vám všem pověděl o tom, jak můžeme opravit poškozený mozek. Tohle pole je pro mě obzvláště vzrušující, jelikož jako neurolog věřím, že to nabízí jeden z nejlepších způsobů, jak bychom mohli být schopni nabídnout naději pacientům, kteří dnes žijí s devastujícími a stále neléčitelnými nemocemi mozku.

0:32Takže tady je ten problém. Zde můžete vidět snímek mozku osoby trpící Alzheimerovou chorobou vedle zdravého mozku, a je zřejmé, že v mozku s Alzheimerem je patrné červeně zakroužkované poškození – atrofie, zjizvení. A mohl bych vám ukázat odpovídající obrázky dalších nemocí: roztroušené sklerózychoroby motoneuronu, Parkinsonovy nemoci, dokonce Huntingtonovy choroby. A všechny by nám říkaly podobný příběh. A společně tyto poruchy mozku představují jednu z hlavních zdravotních hrozeb naší doby. A čísla jsou to vskutku ohromující. V kteroukoli chvíli je dnes na světě 35 miliónů lidí žijících s jednou z těchto nemocí a globální náklady se ročně pohybují kolem 700 miliard dolarů. Chci říct, zamyslete se nad tím. To je víc, než jedno procento globálního HDP. A je to čím dál tím horší, protože všechna tato čísla rostou, protože toto jsou obvykle nemoci spjaté s věkem, a my žijeme déle. Takže otázka, kterou si musíme položit, je, proč vzhledem k devastujícímu účinku těchto nemocí na jedince,nehledě na rozsah společenského aspektu problému, proč neexistuje žádna účinná léčba?

1:49Abychom to mohli zvážit, musím vám nejdřív dát rychlokurz o tom, jak funguje mozek. Takže jinými slovy, musím vám říct vše, co jsem se naučil na medicíně. (smích) Ale věřte mi, nezabere nám to moc času.Dobře? (smích) Takže mozek je strašně jednoduchý: je tvořen čtyřmi druhy buněk, a dva z nich jsou ukázány zde. Existuje nervová buňka, a buňka myelinizující, neboli izolační. Nazývá se oligodendrocyt. A když tyto čtyři buňky spolupracují ve zdraví a harmonii, vytvářejí mimořádnou symfonii elektrické aktivity.A právě tato elektrická aktivita tvoří základy naší schopnosti myslet, prožívat, pamatovat si, učit se, hýbat se, cítit, atd. Ale stejně tak každá z těchto čtyř jednotlivých buněk sama nebo společně, se může stát nevyzpytatelnou nebo odumřít. A když se tohle stane, nastává poškození. Poškozeno je vedení. Spojení jsou přerušena. Což je zde zjevné na pomalejším vedení. Ale konečným projevem tohoto poškození je zcela zřejmě nemoc. A pokud je tato odumírající nervová buňka například motorický nerv, dostanete chorobu motoneuronu.

3:08Takže rád bych vám dal příklad z reálného života o tom, co se děje při nemoci motoneuronu. Tohle je můj pacient John. Johna jsem viděl minulý týden na klinice a požádal jsem ho, aby nám řekl něco o svých problémech, které vedly k počáteční diagnóze choroby motoneuronu.

3:27John: Diagnostikován jsem byl v říjnu 2011 a hlavní problém byl problém s dýcháním, dýchací potíže.

3:37Siddhartan Chandran: Nevím, jestli jste zachytili vše, ale, co nám John říkal, bylo, že dýchací potíženakonec vedly k diagnóze choroby motoneuronu.

3:47John má nyní za sebou 18 měsíců a já jsem ho požádal, aby nám řekl něco o jeho současné složité situaci.

3:55John: Dýchání se mi teď zhoršilo, cítím slabost v rukou, pažích a nohou. Jsem na vozíčku v podstatě většinu času.

4:09John nám právě řekl, že je na vozíčku většinu času.

4:13Takže co tyto dva klipy ukazují, je nejenom ničivý dopad nemoci, ale take vypovídají o šokujícím rychlosti postupu nemoci, protože za pouhých 18 měsíců je fyzický zdatný dospělý muž učiněn závislým na kolečkovém křesle a respirátoru. A připusťme si, John může být číkoli otec, bratr nebo přítel.

4:36Takže tohle se stane, když motorický nerv odumře. Ale co se stane, když odumírá myelinová pochva?Dostanete roztroušenou sklerózu. Takže na snímku po vaší levici je ilustrace mozku, a je to mapa mozkových spojení a překrývá se s tím, co jsou oblasti poškození. Říkáme jim demyelinizační léze. Ale jsou to poškození a jsou bílá.

5:01Takže vím, co si teď myslíte. Myslíte si, "Bože můj, tenhle chlápek si přijde a řekne, že bude mluvit o naději, a doteď nám předkládá spíše bezútěšný a skličující příběh. Řekl jsem vám, že tyto nemoci jsou strašné. Jsou devastující, čásla rostou, náklady jsou obrovské, a nejhorší ze všeho je, že na ně nemáme léčbu. Kde je ta naděje?

5:19A víte co? Já si myslím, že naděje existuje. A ta naděje je v této další části. V této části mozku někoho s RS. Protože co tohle ilustruje, je to, že mozek kupodivu umí opravovat sám sebe. Jen to nedělá dostatečně dobře. Takže znovu bych vám rád ukázal dvě věci. Nejdříve ze všeho poškození u tohoto pacienta s RS. A je to opět jedna z těchto bílých hmot. Ale co je zásadní, část, která je červeně zakroužkovaná označuje oblast , která je bledě modrá. Ale tato bledě modrá oblast byla kdysi bílá. Takže byla poškozená. Nyní je spravená. Jen aby to bylo jasné: to není díky doktorům. Je to navzdory doktorům, ne kvůli nim. Je to samovolná oprava. Je to úžasné a došlo k tomu proto, protože v mozku jsou navíc i kmenové buňky, které mají umožňují položit nový myelin, novou izolaci, přes poškozené nervy. A toto pozorování je důležité ze dvou důvodů. První je, že to zpochybňuje jeden ze vžitých názorů,které jsme se učili na medicíně - nebo alespoň já, nepopírám, že v minulém století - což je, že mozek se sám neopravuje, narozdíl od, řekněme, kosti nebo jater. On to naopak činí, jen to nečiní dostatečně dobře. A druhá věc, kterou dělá, a ukazuje nám tak zřejmou cestu k novým léčbám, čímž myslím, že nemusíte být jaderným fyzikem, abyste věděli, co s tím dělat. Musíte prostě najít způsoby, jak podpořitendogenní, samovolnou opravu, která nastane každopádně.

6:50Takže otázka je, proč, když už to víme nějakou dobu, což víme, proč ještě nemáme takovou léčbu? A to částečně odráží komplikovanost vývoje léčiv. Takže, vývoj léků si můžete představit jako dosti nákladnou, ale riskantní sázku, a šance jsou zhruba následující: je to 10 000 ku jedné, protože musíte prověřit kolem 10 000 kombinací, abyste našli potenciálního vítěze. A potom musíte strávit 15 let a utratit přes miliardu dolarů a stejně ani tak nemusíte vítěze najít.

7:25Takže otázkou pro nás je: můžeme změnit pravidla hry a zvýšit tak šanci na úspěch? Abyste tohle mohli udělat, musíte zvážit, co je nám překážkou na cestě za objevením léku. A jedna z překážek nastává v rané fázi těchto objevů. Veškeré testování probíhá na zvířecích modelech. Ale my víme, že tím pravým předmětem studia lidstva je člověk sám, jak pravil Alexander Pope. Takže otázka zní: můžeme tyto nemoci studovat používajíce přitom lidský materiál? A samozřejmě rozhodně můžeme. Můžeme používat kmenové buňky, a to konkrétně lidské kmenové buňky. A lidské kmenové buňky jsou tyto zvláštní a přece obyčejné buňky, které umí dělat dvě věci: umějí se obnovovat nebo se množit, ale mohou se také specializovat na tvorbu kostí, jater, či, hlavně, neronů, možná dokonce motoneuronů, nebo myelinové pochvy. A dlouho pro nás bylo největší výzvou, zda-li jsme schopní využít onu onu sílu, tu nezpochybnitelnou sílu těchto buněk, abychom naplnili jejich příslib pro regenerativní neurologii.

8:24A já myslím, že nyní můžeme. A to proto, že k několika významným objevům došlo v posledních 10, 20 letech. Jeden z nich se se odehrál zde v Edinburghu a musí to být jediná celebrita mezi ovcemi, Dolly.Takže Dolly byla stvořena v Edinburghu, a Dolly byla příkladem prvního savce naklonovaného z dospělé buňky. Domnívám se ale, že jestě významnější objev pro účely naší dnešní diskuze byl učiněn v roce 2006 japonským vědcem jménem Yamanaka. A co Yamanaka udělal, úžasnou formou vědeckého vaření,bylo, že ukázal, že čtyři přísady, pouhé čtyři ingredience, by mohly účinně přeměnit jakoukoli buňku, dospělou buňku, v hlavní kmenovou buňku. A je těžké dostatečně zdůraznit, jak významné to je, protože to znamená, že od kohokoli v této místnosti, ale především od pacientů, je teď možné vytvořitindividuálně uzpůsobenou tkáňovou servisní výbavu na zakázku. Vezměte si kožní buňku, udělejte z ní řídící pluripotentní buňku, abyste pak mohli vytvářet takové buňky, jenž jsou relevantní k příslušné nemocijak za účelem studia, tak léčby. No a nyní, tato myšlenka na medicíně - je to opakující se téma, že? já a medicína - by byla k smíchu, ale dnes je to holá realita. A to je to, co já vidím jako základní stavební kámen k regeneraci, opravám a naději.

9:44A když už jsme u toho tématu naděje, pro ty z vás, kteří možná neuspěli ve škole, také existuje naděje,protože tohle je školní vysvědčení Johna Gurdona. ["Věřím, že pomýšlí na to stát se vědcem, což je při jeho současné výkonnosti poměrně směšné."] Takže tenkrát si o něm moc nemysleli. Co možná ale nevíte, je, že před pouhými třemi měsíci obdržel Nobelovu cenu za lékařství.

10:01Abych se tedy vrátil k původnímu problému, jakou šanci tyto kmenové buňky, či tato převratná technologie oprav poškozeného mozku, kterou nazýváme regenerativní neurologií, mají? Myslím, že jsou dva způsoby, jak na to nahlížet: jako na fantastický nástroj k objevování léků v 21. století, a / anebo jako na formu terapie. A o obou vám chci něco říct v příštích několika chvílích.

10:24Proces objevování léků v misce je takový, jak o něm lidé často hovoří. Je to velmi prosté: Vezmete nemocného pacienta, řekněme s nemocí motoneuronu, vezmete vzorek kůže, provedete pluripotentní přeprogramování, tak, jak jsem vám již řekl, a vytvoříte živé motoneurony. Je to přímočaré, protože takhle to pluripotentní buňky umí. Ale co je důležité, můžete potom porovnat jejich chování s jejich odpovídajícími, ale zdravými protějšky, nejlépe od nepostiženého příbuzného. Tímto způsobem se srovnávate s genetickou variací.

10:55A přesně to jsme udělali zde. Byla to spolupráce s kolegy: V Londýně Chris Shaw, v USA Steve Finkbeiner a Tom Maniatis. A to, co vidíte, a toto je úžasné, jsou živé, rostoucí, motoneurony od pacienta s nemocí motoneuronu. Tohle je zrovna dědičná forma. Tím myslím, představte si to. Tohle by bylo před 10 lety nepředstavitelné. Takže kromě sledování jak rostou a vykonávají procesy, můžeme je také konstruovat tak, že světélkují, ale především můžeme sledovat jejich individuální zdraví a porovnávat nemocné motoneurony s těmi zdravými. A když tohle všechno uděláte a dáte to dohromady, uvědomíte si, že ty nemocné, což je znázorněno tou červenou čárou, mají dvakrát vyšší pravděpodobnost zániku,než jejich zdravé protějšky. A zásadní je, že potom máte fantastický test k objevování léků, protože na co byste se u léků ptali, a mohli byste to dělat skrze vysokopropustný automatický zobrazovací systém,automatický sledovací razovací systém: Najděte mi lék, který posune červenou čáru blíže té modré,protože takový lék bude hodnotným adeptem, jejž byste pravděpodobně mohli testovat přímo na lidech a téměř tak překoná onu hlavní překážku, o které jsem vám povídal u objevování léků na zvířecích modelech, jestli to dává smysl. Je to úžasné.

12:19Ale chci se vrátit k tomu, jak byste mohli používat kmenové buňky přímo k opravám poškození. A znovu jsou dva způsoby, jak o tom přemýšlet, a vzájemně se nevylučují. První a dle mého ten, který nám bude v delším horizontu největším přínosem, ale ještě tak není vnímán, je přemýšlet o těch kmenových buňkách, které jsou již v našem mozku. A už jsem vám řekl, že všichni máme kmenové buňky v mozku, dokonce i v nemocném mozku. A rozumnou cestou vpřed je zajisté najít způsoby, jak podpořit a aktivovat ty kmenové buňky, které již ve vašem mozku jsou, aby na poškození náležite reagovaly, odpovídaly, aby je opravily. To bude budoucnost. Budou existovat léky, které tohle budou dělat.

12:59Ale tou druhou cestou je účinně vpravit buňky, transplantovat je, aby nahradily umírající či ztracené buňky, dokonce i v mozku. A teď vám chci říct o jednom experimentu. Je to klinické testování, jež jsme prováděli, nedávno dokončené, s kolegy v UCL, konkrétně s Davidem Millerem. Takže tato studie byla velmi prostá. Vzali jsme pacienty s roztroušenou sklerózou a položili prostou otázku: Ochrání kmenové buňky z kostní dřeně své nervy? Takže udělali jsme to, že jsme vzali onu kostní dřeň, v laboratoři jsme vypěstovali kmenové buňky, a pak je injekčně vpravili zpět do žíly. V mém podání to zní velmi jednodušše. Hodně lidem to ale vzalo pět let života. A zešedivěl jsem z toho a způsobilo to řadu dalších problémů. Ale koncepčně je to v podstatě jednoduché. Takže jsem je vpravili do žíly, že? Takže abychom mohli posoudit, zda-li to bylo úspěšné či nikoli, změřili jsme optický nerv jako náš výstupní rozměr. A to je dobrá věc k měření u RS protože pacienti s RS bohužel trpí problémy s viděním - ztrátou zraku, nejasným viděním. Změřili jsme tedy velikost optického nervu pořídili přitom s Davidem Millerem snímkytřikrát – 12 měsíců, 6 měsíců, a těsně před infuzí - a můžete vidět jemně klesající červenou čáru. A to vám říká, že optický nerv se zmenšuje, což dává smysl, protože jejich nervy umírájí. Provedli jsme potom infuzi kmenových buněk a opakovali měření dvakrát, po 3 a 6 měsících, a k našemu překvapení, linie začala téměř stoupat. To naznačuje, že ten zákrok měl ochranný účinek. Nemyslím si, že se stalo to, že ty kmenové buňky vytvořily nový myelin nebo nové nervy. Myslím si, že podpořily endogenní kmenové buňky, nebo-li původní buňky, aby dělali svou práci, probudily se, položily nový myelin. Takže tímto byl koncept potvrzen. Já jsem z toho nadšený.

14:57Takže rád bych skončil myšlenkou, s níž jsem začal, což byla regenerace a naděje. Zeptal jsem se tedy Johna, jaké jsou jeho naděje do budoucnosti.

15:06John: Doufám, že někdy v budoucnu díky výzkumu, který vedete, budeme moct najít léčbu, aby lidé jak já mohli žít normální život.

15:18To, myslím, hovoří samo za sebe.

 

15:20Rád bych to ale uzavřel především poděkováním Johnovi, poděkováním za to, že mi umožnil sdílet jeho vhledy a tyto klipy s vámi všemi. Ale rád bych ještě dodal Johnovi a ostatním, že můj pohled do budoucna je plný naděje. Věřím, že převratné technologie jako kmenové buňky, již jsem se vám tady snažil objasnit opravdu nabízí reálnou naději. A domnívám se, že den, kdy budeme schopni opravit poškozený mozek, je blíž, než si myslíme.