MAB 8/2017

Projekt:

BRAINCITY ? Centrum Doskonałości w zakresie neuroplastyczności i chorób mózgu

Autorzy:

Prof. Leszek Kaczmarek i dr hab. Ewelina Knapska

Finansowanie:

39 090 176 PLN

Miejsce realizacji projektu:

Instytut Biologii Doświadczalnej im. Marcelego Nenckiego PAN w Warszawie

Partner zagraniczny:

Europejskie Laboratorium Biologii Molekularnej (EMBL)

Dziedzina:

Neuromedycyna

Cel projektu:

Kompleksowe badania nad złożonymi mechanizmami plastyczności mózgu

Opis projektu:

BRAINCITY czyli Centrum Doskonałości w zakresie neuroplastyczności i chorób mózgu

Jedną z niezwykłych właściwości mózgu jest neuroplastyczność, czyli zdolność do nieustannych, choć trwałych przeobrażeń. Neuroplastyczność jest kluczowa dla procesów uczenia się, zapamiętywania czy regeneracji po uszkodzeniach, wynikających z urazów lub chorób mózgu. Dzięki niej możliwa jest redukcja skutków np. stwardnienia rozsianego, choroby Alzhmeimera czy choroby Parkinsona. Z drugiej strony, zaburzenia neuroplastyczności mogą prowadzić do wielu stanów patologicznych, takich jak uzależnienia, zaburzenia należące do spektrum autyzmu, schizofrenia, depresja, czy zaburzenia afektywne dwubiegunowe.

Kompleksowe badania nad złożonymi mechanizmami plastyczności mózgu będą domeną nowego Centrum Doskonałości ? BRAINCITY ? tworzonego przez prof. dr. hab. Leszka Kaczmarka i dr hab. Ewelinę Knapską ? laureatów programu Międzynarodowe Agendy Badawcze (MAB) prowadzonego przez Fundację na rzecz Nauki Polskiej. BRAINCITY powstanie na terenie Instytutu Biologii Doświadczalnej im. Marcelego Nenckiego PAN w Warszawie, a jego międzynarodowym partnerem strategicznym będzie Europejskie Laboratorium Biologii Molekularnej (EMBL).

? Nasza wiedza w zakresie neurobiologii, funkcjonowania i dysfunkcji mózgu wzrasta w ostatnich latach w niebywałym tempie. To w dużej mierze zasługa przełomów, jakie aktualnie dokonują się w technikach doświadczalnych i metodach badawczych. Rewolucyjny postęp dotyczy metod biologii molekularnej, które obecnie pozwalają na wysokowydajne analizy i manipulacje genowo-białkowe; metod precyzyjnego obrazowania i wizualizacji zarówno pojedynczych komórek i synaps, jak i aktywności sieci neuronalnych w całym mózgu; technik tworzenia nowatorskich modeli badawczych, takich jak organoidy mózgowe; czy bioinformatyki pozwalającej na analizy olbrzymich zbiorów danych. Wszystkie te znamienne osiągnięcia technologiczne i metodologiczne zostaną wykorzystane w BRAINCITY, a celem nadrzędnym naszej działalności będzie wypracowanie nowych rozwiązań poprawiających profilaktykę, diagnostykę, monitorowanie i leczenie chorób i patologii związanych z plastycznością mózgu ? mówi prof. dr hab. Leszek Kaczmarek.

Cel ten jest o tyle istotny, że choroby mózgu są nie tylko dotkliwe z indywidualnego punktu widzenia, ale należą też do schorzeń generujących najwyższe koszty społeczne. Szacuje się, że roczny koszt tych chorób w Unii Europejskiej sięga 800 mld euro. Z tych względów badania w zakresie chorób psychicznych i neurodegeneracyjnych oraz uzależnień są traktowane jako priorytetowe przez rządy wielu krajów, w tym przez polski rząd (zgodnie z Krajowym Programem Badań ustanowionym przez Radę Ministrów 16 sierpnia 2011 roku).

Ogromne wyzwanie badawcze, jakie postawili przed sobą twórcy BRAINCITY, tj. zrozumienie i wykorzystanie złożonej plastyczności mózgu w celu zwalczania chorób, będzie możliwe do zrealizowania dzięki ścisłej współpracy środowisk badawczych, specjalizujących się w różnych dziedzinach nauki, klinicznych i przemysłowych. Taka interdyscyplinarność i zjednoczenie wysiłków różnych grup pozwoli na uzyskanie wyższego poziomu wiedzy na temat funkcji i dysfunkcji mózgu oraz na szybkie wprowadzanie innowacji badawczych na rynek. Co ważne, BRAINCITY będzie opierać się na długoterminowej współpracy strategicznej z Europejskim Laboratorium Biologii Molekularnej, które jest niezwykle cenioną, światowej klasy instytucją naukową i liderem w zakresie badań, szkoleń i transferu technologii w dziedzinie nauk przyrodniczych. Dzięki zaangażowaniu partnerów z EMBL, BRAINCITY uzyska m.in. dostęp do najnowocześniejszych technologii inżynierii genetycznej, technologii edycji genomu oraz bioinformatycznych baz danych dotyczących chorób związanych ze zmiennością genetyczną człowieka. Ogromne znaczenie będzie też miało wykorzystanie specjalistycznej wiedzy z zakresu izolowania i hodowli indukowanych pluripotencjalnych komórek macierzystych (IPSC), pozyskiwanych z krwi obwodowej. Z komórek tych można wyhodować organoidy czyli miniaturowe struktury przypominające organy.

? Organoidy mózgowe pochodzące z komórek macierzystych IPSC naśladują niektóre aspekty ludzkiego mózgu, stanowiąc fascynujący i nowatorski model badawczy. Organoidy te samodzielnie organizują się w struktury przypominjące swoją budową korę mózgową, dzięki czemu można w nich zbadać, w jaki sposób indywidualne predyspozycje genetyczne do choroby faktycznie rzutują na funkcjonowanie sieci neuronowych. Obrazowanie łączności obwodów neuronowych oraz zmian, jakie zachodzą podczas choroby, jak również plastyczności synaptycznej w organoidach daje wgląd w mechanizmy schorzeń neurologicznych i psychiatrycznych zachodzące w mózgu człowieka, a także umożliwia testowanie potencjalnych metod diagnostycznych i terapeutycznych. Jest to całkowicie awangardowe podejście badawcze, które rozwiązuje wszelkie dylematy etyczne związane z prowadzeniem eksperymentów na ludzkich zarodkowych komórkach macierzystych. Inną zaletą badań na organoidach mózgowych jest możliwość uwzględnienia w nich zaburzeń poligenowych, które są trudne do przeanalizowania w badaniach prowadzonych na transgenicznych modelach zwierzęcych ? przekonuje prof. Leszek Kaczmarek.

Mimo wszystko modele zwierzęce będą również wykorzystywane w działalności naukowej BRAINCITY. Modele te (myszy i szczury) będą służyły przede wszystkim do badań behawioralnych, w których oceniany będzie wpływ określonych zmian molekularnych zachodzących w mózgu na zachowania. Cechą charakterystyczną zaburzeń mózgu jest to, że często ujawniają się one późno, a zatem konieczne jest opracowanie nowych, właściwszych niż dotychczasowe pod względem etiologicznym modeli zwierzęcych. Dużym doświadczeniem w badaniach behawioralnych zwierząt może pochwalić się dr hab. Ewelina Knapska.

W Centrum Doskonałości BRAINCITY powołanych zostanie sześć zespołów badawczych, których liderzy będą mogli swobodnie pracować nad własnymi projektami naukowymi, zgodnie z międzynarodowymi standardami badawczymi.

Kim są założyciele Centrum Doskonałości BRAINCITY?

Prof. dr hab. Leszek Kaczmarek? jest kierownikiem Pracowni Neurobiologii w Instytucie Biologii Doświadczalnej PAN im. Marcelego Nenckiego w Warszawie; od 2013 r. członkiem rzeczywistym Polskiej Akademii Nauk; od 2000 r. członkiem European Molecular Biology Organization (EMBO); autorem ponad 200 publikacji zamieszczanych w czołowych, specjalistycznych czasopismach naukowych. Wykładał i prowadził sesje naukowe podczas licznych światowych kongresów w dziedzinie neurobiologii i neurochemii, brał aktywny udział w ponad 50 różnych krajowych i międzynarodowych projektach badawczych finansowanych m.in. przez Unię Europejską, NATO i Wellcome Trust. Pracował jako profesor kontraktowy na Uniwersytecie w Katanii (Włochy) i jako profesor wizytujący na Uniwersytecie McGill w Montrealu (Kanada) oraz Uniwersytecie Kalifornijskim w Los Angeles, a także w Instytucie Optyki i Fotoniki w Castelldefels (Hiszpania). W 2000 r. został laureatem Nagrody Fundacji na rzecz Nauki Polskiej w dziedzinie nauk przyrodniczych i medycznych za badania nad wpływem różnych bodźców na ekspresję genów w mózgu ssaków, a w 2011 r. otrzymał Nagrodę Prezesa Rady Ministrów za całokształt dorobku naukowego. Odznaczony Krzyżem Kawalerskim (1998 r.) i Krzyżem Oficerskim Orderu Odrodzenia Polski (2009 r.).

W pracy badawczej koncentruje się m.in. na aktywności genów w mózgu, plastyczności synaptycznej oraz molekularnych i komórkowych podłożach takich schorzeń neuro-psychicznych, jak padaczka, autyzm, schizofrenia czy uzależnienia. Kierując własnym zespołem badawczym, dokonał szeregu pionierskich obserwacji, wykazując m.in. rolę glutaminianu w pobudzaniu ekspresji genów in vivo w neuronach oraz rolę enzymu MMP-9 w plastyczności synaptycznej, warunkującej m.in. uzależnienie od alkoholu czy też skłonność do urojeń w schizofrenii.

Zdjęcia: OneHD