Ako priniesť mitochondriálny fitness do klinickej praxe?

27. nov. 2017 • Biologické vedy

Ako priniesť mitochondriálny fitness do klinickej praxe?

Mitochondria je organela, v ktorej sa sústreďujú kľúčové procesy bunkovej energetiky. Okrem toho sa zapája aj do regulácie programovanej bunkovej smrti – apoptózy. Mitochondrie sú v bunke schopné komunikovať, presúvať sa, navzájom sa spájať aj deliť. Podliehajú neustálemu procesu kontroly kvality (mitochondriálny klírens) a v prípade, ak je funkcia niektorej z nich narušená, dochádza k jej odstráneniu a recyklovaniu pomocou špeciálneho typu autofágie, nazývanej mitofágia.

Ako vysvetľuje Ivana Pilchová, ktorá sa zapojila do pilotného ročníka slovenského kola súťaže Falling Walls Lab, mitochondriálne choroby patria do veľmi heterogénnej skupiny ochorení. „Keďže zdieľajú základnú spoločnú charakteristiku, ktorou je narušená homeostáza mitochondrií, môžeme ich označiť aj pojmom mitopatie. Ak sa na internete pokúsite vyhľadať bližšie informácie o mitochondriálnej diagnostike, veľmi skoro prídete na to, že celosvetovo je len málo laboratórií výhradne zameraných na túto tematiku a špecializujú sa predovšetkým na diagnostiku primárnych mitochondriálnych ochorení. Tie vznikajú v dôsledku nebezpečných mutácií v mitochondriálnom a jadrovom genóme, ktoré majú negatívny dopad na správnu funkciu mitochondrií. Vo všeobecnosti sú to však relatívne vzácne sa vyskytujúce syndrómy (Leighov syndróm, Kearns-Sayrov syndróm, MELAS syndróm).“ 

Avšak koľko rôznych druhov ochorení má vo svojej patogenéze obsiahnuté narušenie mitochondriánej homeostázy, dysfunkciu mitochondriálneho klírensu, nerovnováhu v bunkovej energetike či narušenú reguláciu apoptózy? „Do tohto zoznamu môžeme zaradiť mnoho závažných neurodegeneratívnych, kardiovaskulárnych, muskulárnych či metabolických ochorení, ako sú Parkinsonova, Alzheimerova, Huntingtova choroba, diabetes mellitus typ II, amyotrofická lateralna skleróza, roztrúsená skleróza, ateroskleróza, preeklampsia, kardiopatie či myopatie. Uvedený zoznam diagnóz je možné zjednotiť pod pojmom sekundárne mitopatie, pretože narušenie správnej funkcie mitochondrií nie je primárnou príčinou ochorenia, ale sekundárnym dôsledkom iných patologických procesov. Žiaľ, v klinickej praxi je mitochondriálny status bunky stále nedoceneným parametrom, pritom má významný prognostický a terapeutický potenciál,“ hovorí Ivana Pilchová. 

Ich projekt má ambíciu priniesť do klinickej praxe diagnostický parameter známy ako mitochondriálny fitness, ktorý by komplexne odzrkadľoval aktuálny mitochondriálny status v bunkách. „Stanovenie mitochondriálneho fitness je založené na 3 rozdielnych experimentálnych metódach, ktoré sa v experimentálnom výskume samostatne využívajú, avšak ich vzájomná kombinácia je unikátna. Podľa našich informácií ešte v klinickej diagnostike nebola použitá. Funkčnú analýzu mitochondrií je možné stanoviť pomocou respirometrie s vysokým rozlíšením (HRR oxygraf), ktorá odhalí schopnosť produkcie ATP a spotrebu kyslíka. Molekulárna analýza je založená na princípe multiplexnej kvantitatívnej PCR reakcie a jej výsledkom je pomer kópií zdravých a mutovaných DNA v mitochondriách (štádium heteroplazmie),“ uvádza Ivana Pilchová.

Biochemická analýza podľa nej umožňuje sledovať aktivitu jednotlivých komplexov dýchacieho reťazca a do budúcna sa dá rozšíriť aj o stanovenie produkcie reaktívnych foriem kyslíka či celkovej antioxidačnej kapacity buniek. „Na realizáciu vyšetrenia by pritom stačil odber periférnej krvi, z ktorej by boli vyizolované mononukleárne krvné bunky. Časť z nich by bola použitá na izoláciu DNA, z ďalšej frakcie by bol pripravený bunkový lyzát na biochemické merania a zvyšok intaktných buniek na HRR oxygrafiu. Vzájomná kombinácia získaných výsledkov môže slúžiť ako dynamicky sa meniaci marker, ktorý odráža aktuálny stav mitochondrií v bunkách. Týmto spôsobom je možné identifikovať patologický proces, mapovať jeho nástup alebo progresiu. Finančné nároky na vyšetrenie nie sú vysoké, čo by umožňovalo realizovať skríningy alebo opakované vyšetrenia pacientov s cieľom mapovať priebeh ich ochorenia a sledovať terapeutickú odpoveď ich organizmu.“

V súčasnosti na Slovensku nie je diagnostické laboratórium, ktoré by bolo výhradne zamerané na integritu mitochondrií. „Sme malá a relatívne nová výskumná skupina, ktorá pracuje na tom, aby v Martinskom centre pre biomedicínu (BioMed Martin) vzniklo laboratórium, kde by sme otestovali a zaviedli vyšetrenie mitochondriálneho fitness a ponúkli ho do klinickej praxe. Hlavnou témou nášho experimentálneho výskumu je charakterizácia HEK-293 bunkovej línie s indukovateľnou nadexpresiou sodíkovo-horčíkových výmenníkov SLC41A1 v plazmatickej membráne a SLC41A3 v mitochondriálnej membráne. Poznatky o vnútrobunkových regulačných mechanizmoch horčíka, ktoré ovplyvňujú aj funkciu SLC41A1 a A3, majú uplatnenie v etiopatogenéze Parkinsonovej choroby a diabetes mellitus typu II,“ uvádza odborníčka.

Aj preto by analýzu mitochondriálneho fitness chceli na začiatku upriamiť práve na tieto dve ochorenia. „Disponujeme plne vybaveným biochemickým a PCR laboratóriom a tento rok nám do výbavy pribudol aj oxygraf s vysokým rozlíšením, ktorý umožňuje komplexnú bioenergetickú a OXPHOS analýzu izolovaných mitochondrií, buniek alebo tkanív. Preto sme dostali nápad predstaviť protokol, ktorý by bol atraktívny pre spoluprácu s Univerzitnou nemocnicou v Martine, prínosom pre pacientov so širokým spektrom ochorení a nám by pomohol získať informácie o procesoch v mitochondriách, ktoré by sme mohli ďalej aplikovať do našich experimentálnych modelov.“

Ivana Pilchová počas prezentácie na súťaži Falling Walls Lab Slovakia 2017

O možnosti zúčastniť sa súťaže Falling Walls Lab Slovakia 2017 Ivanu Pilchovú informovali z Referátu pre vedu a výskum Jesseniovej lekárskej fakulty Univerzity Komenského a zároveň ju požiadali, aby sa do súťaže prihlásila. „Zhodou okolností sme v tom istom týždni v našom mito-laboratóriu robili stavebné úpravy, súčasťou ktorých bolo domurovanie stien laboratória. Spočiatku sme si neboli istí, či ešte nie je priskoro tento projekt prezentovať. Avšak aká je pravdepodobnosť že vás naraz v tom istom čase požiadajú postaviť aj zbúrať múry vášho laboratória? Preto sme túto výzvu prijali a Falling Walls Lab pre nás bol príležitosťou prezentovať našu ideu verejnosti, otvoriť sa nápadom, návrhom aj konštruktívnej kritike a taktiež potenciálnym možnostiam spolupráce.“

*********************************************

Na prezentáciu projektov zapojených do súťaže Falling Walls Lab Slovakia, ktorá prebehla 29. septembra 2017 v Moyzesovej sieni Filozofickej fakulty Univerzity Komenského v Bratislave, bolo okrem projektu Ivany Pilchovej vybraných ešte 20 výskumných projektov. Osobne sa zúčastnilo 18 predstaviteľov. Traja súťažiaci sa ospravedlnili zo zdravotných dôvodov.

Projekty Falling Walls Lab Slovakia 2017

Medzi súťažnými projektmi dominovali najmä medicínske témy – napr. DNA; detekcia rakoviny; testosterón, prostata a mozog; diagnostika kondície mitochondrií; liečba nádoru či diagnostika včasného štádia rakoviny prsníka, no okrem medicíny súťažili aj nápady v oblasti matematiky či techniky a tiež návrhy riešenia rozmanitých, primárne celospoločenských otázok. Každý rečník dostal príležitosť prezentovať v anglickom jazyku svoj výskum, iniciatívu či podnikateľský model – v trojminútovom formáte pred odbornou porotou.

„Falling Walls Lab nie je nič menej než prestížna svetová platforma pre budúce prelomové inovácie vo vede a v spoločnosti. Naši mladí vedci a inovátori majú jedinečnú šancu priamo súťažiť s vedcami z celého sveta,“ povedal na otvorení prezident FWLS prof. RNDr. Peter Moczo, DrSc., prorektor UK v Bratislave pre vedecko-výskumnú činnosť a doktorandské štúdium.

Prof. RNDr. Vladimír Bužek, DrSc. pripomenul, že išlo o vôbec prvý ročník súťaže Falling Walls Lab usporiadaný na Slovensku. Pevne verí, že sa podarí organizovať aj budúci, druhý ročník a dúfa, že vďaka skvelým projektom „padne ešte viac stien“.

Súťaž Falling Walls Lab Slovakia možno považovať za interdisciplinárny formát, podporujúci vedecké a podnikateľské inovácie. Poskytuje priestor na prezentáciu inovatívnych myšlienok a výskumných projektov študentov, doktorandov, mladých inovátorov a výskumníkov z najrozmanitejších vedných disciplín. Na pilotnom slovenskom ročníku sa tak mohli prezentovať so svojím nápadom, výsledkom, objavom či inováciou.

Slovenské kolo Falling Walls Lab zorganizovala Univerzita Komenského v Bratislave v spolupráci so Slovenskou akadémiou vied, Slovenskou organizáciou pre výskumné a vývojové aktivity, Slovenskou technickou univerzitou v Bratislave, Univerzitou Pavla Jozefa Šafárika v Košiciach, Technickou univerzitou v Košiciach a Žilinskou univerzitou v Žiline.

Podujatie Falling Walls Lab sa doposiaľ konalo v 50 krajinách sveta. Víťaz každého z podujatí v jednotlivých krajinách získava miestenku na svetové Falling Walls Lab finále, ktoré sa uskutoční dňa 8. novembra 2017 v Berlíne, a lístok na prestížnu konferenciu Falling Walls Conference, konajúcu sa dňa 9. novembra 2017.

Do berlínskeho finále postupuje 100 účastníkov z celého sveta. Každý z nich dostane príležitosť prezentovať svoj výskum, iniciatívu či podnikateľský model v trojminútovom formáte pred špičkovou porotou zloženou z akademikov, vedcov a zástupcov biznisu. Traja víťazi získajú finančnú výhru a predovšetkým príležitosť zopakovať svoje prezentácie ďalší deň na hlavnom pódiu prestížnej Falling Walls Conference.

 

Informácie poskytla: Ivana Pilchová z Univerzity Komenského v Bratislave

Spracovala: Slávka Cigáňová (Habrmanová), NCP VaT pri CVTI SR

Foto: Marián Zelenák, NCP VaT pri CVTI SR

Uverejnila: VČ

Hore
kúpa časopisov jún 2016
Atmosféra počas TVT 2017
Publikácie Veda v CENTRE
Aurelium - centrum vedy
CVTI SR 80. výročie
QUARK
Prechod VK na VND
TVT 2017 články
TAG Mládež
TAG QUARK
TAG Ženy vo vede
TAG Spektrum vedy
TAG Slovenská veda
TAG História
TAG Rozhovor
TAG Publikácia
TAG Zaujímavosti vo vede
TAG Centrum vedy
banner záhrady
Zaujímavosti vo vede
Pôvod čokolády je v Strednej Amerike (Mezoamerike).
Zistite viac