Michael Chopp, neurolog, matematik, fyzik a vedoucí výzkumného kolektivu, Kredit: Department of Physiology, College of Human Medicine, Michigan State University.

Základní biologická „pravda“ zní: Poškození mozku je nevratné. Vědci pod vedením Michaela Choppa z Michigan State University přicházejí s návrhem léčby, která by mohla u mnoha lidí následky zranění mozku dramaticky zredukovat. Vycházejí z dobře známého faktu, že větší škody vznikají na poraněném mozku až dodatečně. Jsou to jakési dozvuky zranění.

Neurony, které neutrpěly při poranění žádnou škodu, následně odumírají například v důsledku nadměrné stimulace neurotransmitery přicházejícími od poškozených buněk. Neurony hubí rovněž oxidační stres, když buňky nezvládnou antioxidačními mechanismy příliv volných kyslíkatých radikálů. Stejně tak je zabíjí i rozhoření zánětlivých procesů. K dalším následkům poranění mozku se řadí porušení hematoencefalické bariéry. Tu vytvářejí buňky ve stěnách mozkových cév, které se k sobě přimykají tak důkladně, že nepropustí z krve do mozku nebezpečné molekuly nebo původce chorob. Po poranění se tato bariéra stává průchozí a na mozku to napáchá další škody.

Tyto ničivé procesy se rozjedou záhy po vlastním poranění a nemusí vyhasnout ani po několika letech. Po celou tu dobu se stav mozku nelepší, ale zhoršuje. Zatímco škody vzniklé samotným zraněním napravit nelze, ničivé dozvuky zranění jsou léčbě přístupné. Chopp a spol. jsou přesvědčeni, že mocným spojencem neurologů jsou extracelulární vezikuly – mikroskopické váčky tvořené buněčnou membránou a sloužící k mezibuněčné komunikaci.

Ye Xiong, první autor studie, neurotraumatolog. Kredit: Department of Neurosurgery, Henry Ford Health, Detroit.

Vezikuly – ničivé i léčivé

Poraněný mozek je sám zdrojem extracelulárních vezikul, které se s krevním oběhem dostávají do těla. Ty však neléčí. Naopak, když tyto váčky splynou s buňkami v tkáních, vyvolávají tam zánět a další ničivé procesy. Poraněný mozek uvolňuje například vezikuly schopné poškodit tkáň plic. Chopp a jeho spolupracovníci vidí naději ve vezikulách, které se při poranění mozku uvolňují z mezenchymálních stromálních buněk. Jde o buňky vřetenovitého tvaru, jež se nacházejí v kostní dřeni, v tukové tkáni a na dalších místech lidského těla. Vezikuly z mezenchymálních stromálních buněk nesou ve svém nitru pestré spektrum látek. Některé vykazují protizánětlivé účinky, jiné zachraňují mitochondrie před zánikem a další podporují růst cév.

Chopp a spol. poukazují na výsledky experimentů na prasatech a makacích, při kterých vědci podávali zvířatům s poraněným mozkem infuzí vezikuly ze stromálních kmenových buněk a dosáhli u nich výrazného zlepšení zdravotního stavu. Potlačili záněty v mozkové tkáni. Také rekonvalescence probíhala výrazně rychleji a úspěšněji.

„Pokusy na makacích, kteří po léčbě poranění části mozku zodpovědné za ovládání ruky získali znovu schopnost jemné motoriky, zatímco neléčená zvířata ji nezískala, jsou důvodem, proč bychom se měli vážně zamyslet nad možností léčby lidských pacientů,“ vysvětluje Chopp.

U lidí byly zatím provedeny jen dvě klinické studie léčby poranění mozku vezikuly ze stromálních kmenových buněk. V jedné se léčbě podrobil jediný pacient a jde tak o tzv. case study čili případovou studii. V další se léčbě podrobila pětice vojáků, kteří utrpěli v boji poranění mozku a dostali porci léčebných vezikul buď injekcí do míšního kanálu nebo do svalu. Studie popisují vylepšení kognitivních a motorických funkcí. Počet pacientů je však příliš malý a nestačí k vyvození jednoznačných závěrů. Nabízí se otázka, jestli už nenazrál čas pro větší studie, které by ověřily účinnost metody. Odpověď se nehledá snadno, protože jednou z hlavních zásad medicíny je nepoškodit pacienta. A vědci si zatím nejsou dostatečně jistí, zda by dobrovolníci nemohli přijít k nějaké újmě a zda by se jejich stav po experimentální léčbě nezhoršil.

Traumatické poranění mozku (TBI) jako komplexní multisystémové onemocnění a role difúzních axonálních poranění (BDEV). Zdroj: Ye Xiong, et al.: Mesenchymal stromal/stem cell-derived extracellular vesicles as a cell-free therapeutic strategy for traumatic brain injury. Genomic Press, 2026. https://doi.org/10.61373/bm026i.0048

Obrázek ukazuje primární poranění vyvolané TBI, sekundární poranění a interakci mezi mozkem a periferií zprostředkovanou BDEV. (A) Primární poranění (okamžité mechanické poškození): Mechanické síly, včetně nárazu, zrychlení, zpomalení a penetrujícího traumatu, vyvíjejí lineární kompresi a rotační smykové napětí v mozku. To má za následek okamžité fyzické poškození, včetně cévní ruptury a difúzního axonálního poranění (DAI) charakterizovaného protahováním axonů. (B) Sekundární poranění (buněčné a molekulární kaskády): Primární poškození v průběhu času spouští kaskádu sekundárního poškození, včetně excitotoxicity a přetížení vápníkem zprostředkovaného receptory NMDA/AMPA a přílivem vápníku (Ca2+). Oxidační stres a mitochondriální dysfunkce vedou k produkci reaktivních forem kyslíku (ROS). Neurozánět je řízen aktivovanými gliovými buňkami a prozánětlivou signalizací. Narušení hematoencefalické bariéry (HEB) umožňuje únik plazmy do mozkového parenchymu. (C) Traumatické poranění mozku (TBI) jako komplexní multisystémové onemocnění: Centrální neurovaskulární a imunitní narušení se šíří propojenými centrálními a systémovými cestami a ovlivňuje periferní orgány. To vede k systémovým důsledkům, jako je plicní dysfunkce, srdeční zátěž, metabolické poruchy a dysbióza střevní mikrobioty. Výsledný systémový zánět pohání zpětnovazební smyčku, která dále zhoršuje poškození mozku. (D) Úloha mozkových extracelulárních vezikul (BDEV) u TBI: Poškozené mozkové buňky uvolňují BDEV nesoucí odlišný molekulární náklad (proteiny, lipidy a regulační nukleové kyseliny). Tyto vezikuly procházejí narušenou hematologickou bariérou (BBB) ​​do systémového oběhu. Uvolňování BDEV je spojeno s regulovanými cestami buněčné smrti (apoptóza, nekroptóza, pyroptóza a feroptóza), které představují potenciálně modifikovatelné terapeutické cíle. Jakmile se BDEV dostanou do oběhu, interagují s periferními orgány a modulují imunitní signalizaci, zánět a cévní funkci, přičemž působí jako biomarkery poranění mozku i potenciální cíle pro terapeutickou intervenci.

Extracelulární vezikuly (EV) jsou malé váčky obklopené lipidovou membránou, které buňky uvolňují do svého okolí. Slouží jako biologičtí kurýři přenášející informace – transportují proteiny, lipidy a genetickou informaci mezi buňkami. Schéma liposomu tvořeného fosfolipidy ve vodném roztoku, Zdroj: Upraveno podle East Port Lifescience.

Cesty k vylepšení

Chopp a jeho kolegové předestírají možnosti, jak akci vezikul vylepšit. Vědci nejsou odkázáni jen na vezikuly, jaké vyprodukují buňky. Mají k dispozici metody, jak dostat do vezikul molekuly, jež by poraněnému mozku pomohly. Hodně si slibují od tzv. mikroRNA, tedy krátkých řetězců kyseliny ribonukleové schopných ovlivnit funkce genů. Dokážou také pozměnit složení membrány vezikul tak, aby doručily svůj náklad do vybraných buněk. Šlo by tak nasměrovat léčbu do mozku a zabránit tomu, aby vezikuly plýtvaly svým nákladem na buňky, jimž není léčebné kargo určeno. Nabízí se i možnost navázat vezikuly na substrát, který by neurochirurgové vpravili na poraněné místo v mozku. Z něj by se pak vezikuly uvolňovaly postupně a působily by na místě, kde jich je nejvíc zapotřebí.

Možností, jak dostat vezikuly do mozku, se nabízí víc. Vždy je výhodou, pokud se podaří obejít hematoencefalickou bariéru. Ta sice nemusí být v poraněném mozku plně funkční, ale i tak se může stavět vezikulám do cesty. Vezikuly tak lze podávat injekcí do míšního kanálu, ale také aplikací do dutiny nosní, odkud pak léčivé váčky putují do mozku po čichovém a trojklanném nervu. Samozřejmě lze kombinovat několik různých metod.

Než se stane léčba poraněného mozku vezikuly standardním postupem, je nutné vyřešit několik kardinálních problémů. Jeden z nich představuje produkce velkého množství vezikul s přesně stanovenými charakteristikami. Je třeba také vylepšit metody pro ověření účinnosti vezikul a pro přesné určení jejich dávky. Doufejme, že se vědcům podaří tyto obtíže zdolat co nejdříve a že to lidem s poraněním mozku výrazně zvýší kvalitu života.

Pramen: Xiong, Y., Zhang, Y., Zhang, Z. G., & Chopp, M. (2026). Mesenchymal stromal/stem cell-derived extracellular vesicles as a cell-free therapeutic strategy for traumatic brain injury. Brain Medicine, 1(aop), 1-18.

Redakce si dovolila připojit nedávný autorův pokec o vědomí a dalších zajímavostech z biol. výzkumu.