Foto S. DRECHSLER
Neurobiologija je jedna od najuspješnijih grana istraživanja na Odjelu za biotehnologiju i smatram da će u budućnosti dobiti još više prostora. Bavimo se različitim tematikama, a preko projekata koje vodimo zaposlili smo mlađe suradnike, doktorante i postdoktorante, kaže pročelnica Miranda Mladinić Pejatović
RIJEKA – Od ovisnosti, shizofrenije, depresije pa do oštećenja leđne moždine i svih oblika neurodegenerativnih bolesti. Cijela je paleta bolesnih stanja ljudskog organizma koji su u fokusu istraživanja znanstvenika Odjela za biotehnologiju Sveučilišta u Rijeci, a kako navodi pročelnica prof. dr. Miranda Mladinić Pejatović, svi se oni bave različitim područjima neurobiologije.
Osim znanstvenog područja, zajedničko im je i što su svi znanstvenici povratnici koji su svoje znanstvene i stručne ekspertize stjecali u raznim laboratorijima diljem svijeta, a onda su se odlučili skrasiti u Rijeci i tu nastaviti svoje karijere.
Poveznica su im i projekti Hrvatske zaklade za znanost, jer ili su njihovi voditelji, ili pak suradnici, a u nekim slučajevima i na više projekata te sudjeluju i u međunarodnim projektima.
– Neurobiologija je jedna od najuspješnijih grana istraživanja na Odjelu za biotehnologiju i smatram da će u budućnosti dobiti još više prostora. Bavimo se različitim tematikama, a preko projekata koje vodimo zaposlili smo mlađe suradnike, doktorante i postdoktorante.
Ono što nas također povezuje je da ćemo svi biti uključeni u novi diplomski studij na engleskom jeziku »Biotechnology for the Life Sciences« (Biotehnološka istraživanja znanosti o životu) koji će od jeseni krenuti na Odjelu, najavljuje pročelnica.
Jedinstveni model
Ona je voditeljica HRZZ-ova projekta »Istraživanje granice između neurodegeneracije i neuroregeneracije: identifikacija ključnih molekula pomoću proteomike i funkcionalnih testova na leđnoj moždini sisavaca«.
U Laboratoriju za molekularnu neurobiologiju koji se bavi molekularnim i staničnim osnovama neuroregeneracije i neurodegeneracije u svojim istraživanjima koristi jedinstveni in vitro model, oposume, Monodelphis domestica, koji u prva dva tjedna u potpunosti mogu obnoviti oštećeni živčani sustav, kao i kulture živčanih matičnih stanica, nove nanomaterijale za njihov uzgoj te suvremenu mikroskopiju.
– Središnji živčani sustav, odnosno mozak i leđna moždina, imaju živčane stanice koje se ne mogu regenerirati nakon ozljeda, kao što se ne mogu regenerirati ni stanice srca, i upravo su zbog toga srčani i moždani udar prvi uzrok smrti u svijetu, kao i prvi uzrok invaliditeta. Te stanice se u odraslom središnjem živčanom sustavu ne mogu razmnožavati.
Zbog toga, kad nastane nekakva ozljeda, ona se ne može popraviti.
To je suprotno onome što se događa u našim perifernim živcima. Kada se ozlijedi živac na ruci, on se regenerira, a isto tako se regenerira i središnji živčani sustav kod vrlo mladih životinja, tijekom embrionalnog razvoja. Ono što istražujemo je što je to što se mijenja tijekom razvoja središnjeg živčanog sustava i onemogućava kod odraslih sisavaca, a tu je i čovjek, tu regeneraciju.
Jedna od bitnih stvari koje sigurno znamo je prisutnost matičnih stanica kojima obiluje embrionalno živčano tkivo. U odrasloj dobi ih ima vrlo malo i ne aktiviraju se u dovoljnoj mjeri kako bi nakon ozljede popravili traumu.
Radimo na posebnom životinjskom modelu kojeg još uvijek nema u Rijeci, jer nemamo uvjete za vivarij pa koloniju oposuma držimo na Sveučilištu u Trstu.
Te se životinje ubrajaju u red tobolčara koji rađaju nezrele mladunce, poput klokana, ali ne posjeduju tobolac. Rađaju se vrlo nerazvijeni i u trenutku kad se okote, još uvijek mogu regenerirati mozak i leđnu moždinu nakon ozljede. Ta mogućnost traje u prva dva tjedna njihovog života. Nakon toga vrlo naglo ta mogućnost regeneracije prestaje.
Istražujemo koje se molekularne promjene zbivaju u leđnoj moždini i što je ključno da regeneracija naglo prestaje biti moguća, pojašnjava Mladinić Pejatović.
Najveći izazov
Kod moždanog udara ili ozljede leđne moždine, nastaju lokalne vaskularne ili mehaničke ozljede, pri čemu dolazi do smrti određenog broja živčanih stanica, navodi Mladinić Pejatović.
Međutim, u danima i tjednima nakon tog prvobitnog događaja ta se ozljeda širi i počinje odumirati okolno živčano tkivo, što dovodi do puno većeg deficita kod pacijenta nego što bi izazvala primarna ozljeda.
Znanstvenici već godinama pokušavaju naći lijek koji bi spriječio širenje ozljede na okolna područja. Pronalazak neuroprotektivnih lijekova koji bi spriječili širenje oštećenja i umiranje zdravog tkiva, jedan je od najvećih izazova neurobiologije danas.
Stoga u našoj grupi istražujemo mehanizme na koje bi takvi lijekove mogli djelovati, ističe pročelnica.
U tome joj pomaže suradnica na projektu doc. dr. Jelena Ban koja je i voditeljica jedinice u mikroskopiju.
– Ono čime se bavim je neuroznanost: neuralne matične stanice i razvojni procesi.
Naime, da bismo pokušali »nagovoriti« živčani sustav da se regenerira, moramo shvatiti mehanizme djelovanja u onom trenutku kada je regeneracija još moguća. U tome je oposum izvanredan model, a istovremeno u našim istraživanjima koristimo i nanotehnologiju.
Naša jedinica za mikroskopiju ima veliki potencijal. Oprema kojom raspolažemo omogućuje nam da osim klasičnog pristupa u kojem se stanice fiksiraju, možemo snimati žive stanice te vidjeti kako i kojim putem te kojom brzinom dolazi do nekog odgovora nakon tretmana s lijekovima i drugim reagensima. Isto tako možemo pratiti rast stanica uživo, objašnjava Ban.
Mišji model
Ona je i suradnica na još jednom HRZZ-ovom projektu čija je voditeljica izv. prof. dr. Ivana Munitić, a riječ je o istraživačkom projektu »Kontrola neurodegeneracije moduliranjem sprege između upale i proteinopatije«.
Glavna postignuća laboratorija koji vodi, kaže Munitić, su dizajn i karakterizacija novog genetskog mišjeg modela koji nosi mutaciju sličnu dijelu bolesnika s amiotrofičnom lateralnom sklerozom (ALS-om).
Taj je model napravljen za vrijeme gostovanja na Nacionalnom institutu za zdravlje u američkoj Bethesdi, a istraživanja su nastavljena u laboratoriju u Rijeci.
– Naš je laboratorij zainteresiran za razumijevanje uloge imunosnog sustava u neurodegenerativnim bolestima. U neurodegenerativne bolesti ubrajaju se Alzheimerova bolest, Parkinsonova bolest i slične bolesti koje su sve učestalije u modernim društvima zbog produženja životnog vijeka.
Naš je fokus manje učestala, ali jedna od najtežih neurodegenerativnih bolesti – amiotrofična lateralna skleroza (ALS), koja dovodi do izuzetno brzog uništenja živčanih stanica koje upravljaju našim mišićima.
Iz tog razloga, ALS dovodi do teške invalidnosti i smrti unutar samo 2-5 godina od dijagnoze. Već se dugo zna da je upala u središnjem živčanom sustavu jedna od rijetkih zajedničkih značajki svih slučajeva ALS-a.
No, usprkos tome, različite protuupalne terapije nisu uspjele zaustaviti ili usporiti napredovanje bolesti, vjerojatno zbog toga što su neselektivne i nuspojava im je uništenje važnih zaštitnih funkcija imunosnog sustava.
Iz tog razloga je glavni cilj našeg laboratorija preciznije razumijevanje uloge imunosnog sustava u zdravlju i bolestima mozga, pojašnjava Munitić.
Svjetski stručnjaci
Ona ujedno za lipanj najavljuje i veliki znanstveni simpozij u organizaciji Odjela »Joint ICGEB – ALS Society of Canada Symposium on Inflammation and Proteinopathy in ALS/FTD Spectrum Disorder«.
– Amiotrofična lateralna skleroza (ALS) i frontotemporalna demencija (FTD) su neurodegenerativne bolesti za koje unatoč ogromnom napretku u razumijevanju genetike i patogeneze tih bolesti, ne postoje učinkovite terapije.
Kako bismo ubrzali napredak u tom području te potaknuli nacionalne i međunarodne suradnje, zajedno sa suradnicima iz Kanade i Italije, s dr. Jasnom Križ, Emanuele Buratti i Jean-Pierreom Julienom, organiziramo simpozij na kojem ćemo okupiti vrhunske svjetske i regionalne stručnjake na području neurodegeneracije, neuroinflammacije, životinjskih modela i novih terapija iz područja neurodegenerativnih bolesti, najavljuje Munitić.
Ujedno dodaje i da će simpozij pratiti događanja poput NeuroArt Exhibition u suradnji s Akademijom primijenjenih umjetnosti te Swim & Walk for Brain Health u Kostreni, kao i 24th Young Neuroscientist Meeting.
Život mušica
Na Odjelu za biotehnologiju intenzivno se bave i proučavanjem života mušica i to u sklopu istraživačkog projekta koji vodi izv. prof. dr. sc. Rozi Andretić Waldowski.
– Moja najznačajnija dosadašnja dostignuća koja su bila moguća financiranjem znanstvenih projekata od strane HRZZ-a je dizajn novih metoda za objektivno mjerenje ponašanja izazvanih administracijom kokaina i metamfetamina. Te droge u vinskih mušica izazivaju slična ponašanja kao i u ostalih sisavaca, a radi genetske sličnosti s ljudima, moguće je otkrića koristiti za bolje razumijevanje razvoja ovisnosti u sisavaca i ljudi. Moja recentna istraživanja pokazuju da važnu ulogu u promjeni funkcioniranja živčanih stanica nakon administracije psihostimulansa imaju molekule koje sudjeluju u metabolizmu stanice.
Razgradnja hranjivih supstanci u svakoj stanici dovodi do proizvodnje oksidativnih reakcija, koje stanica mora uravnoteženo kontrolirati, a ukoliko ne, mogu biti štetne. Oksidativne promjene u stanici smatraju se jednim od uzroka poremećene funkcije stanica, što pridonosi i ubrzava procese starenja i bolesti. Međutim, do oksidacijskih reakcija dolazi i zbog konzumacije droga, gdje oksidirane molekule mogu biti štetne, ali pokazalo se da mogu sudjelovati i u normalnim staničnim procesima.
Jedan od njih je način na koji se živčane stanice prilagođavaju na opojne droge, što se manifestira razvojem ovisnosti. Fokus mojeg rada je identificirati koje molekule koje sudjeluju u regulaciji oksidativnih procesa, i na koji način sudjeluju u adaptaciji živčane stanice na opojne droge. Interesantan aspekt mojeg istraživanja je onaj koji ukazuje da jednostavne nutricionističke intervencije s dodatkom antioksidansa u hrani mogu promijeniti način na koji stanica reagira na droge.
Kada budemo bolje razumjeli način na koji se taj proces kontrolira, to bi moglo definirati nutricionističke postupke koji bi značajno mogli pomoći u tretmanu ili sprečavanju razvoja ovisnosti, pojašnjava Andretić Waldowski.
Mentalne bolesti
Osim znanstvenog rada koji je financiran nizom projekata HRZZ-a i sveučilišne potpore, njen je laboratorij izuzetno aktivan u popularizaciji znanosti, a kroz obrazovni rad u okviru kojeg je voditeljica nekoliko kolegija na preddiplomskom i diplomskom studiju, do sada je mentorirala velik broj preddiplomskih i diplomskih studenata.
Znanost je takva da se na početku karijere očekuje od mladih znanstvenika da mijenjaju laboratorije, stječu iskustva u različitim istraživačkim grupama, a onda dođe trenutak kada treba odlučiti gdje se skrasiti i početi vlastito istraživanje. Ono što je meni bilo najvažnije, jest da mi se na Odjelu za biotehnologiju dala potpuna sloboda da izaberem što ću raditi. To je bilo odlučujuće, kaže Miranda Mladinić Pejatović komentirajući svoj povratak u Hrvatsku. Svi znanstvenici Odjela za biotehnologiju slažu se da je, bez obzira gdje su stjecali znanstvena iskustva, mobilnost u svijetu znanosti vrlo važna jer je za kurikulum dobrog znanstvenika važno stjecanje novih iskustava, metodologija, pa i načina razmišljanja u različitim laboratorijima.
Odjel za biotehnologiju posljednje je dvije godine radno mjesto i Nicholasa J. Bradshawa koji je rodni Fleetwood u Velikoj Britaniji zamijenio Rijekom. Njegov se rad, kaže, fokusira na molekularne i stanične uzroke kroničnih mentalnih bolesti, a u posebno su mu u fokusu šizofrenija i teške depresije.
– Za svoj doktorat i rani postdoktorski rad proučavao sam učinke genetskih mutacija iz obitelji u kojima su se te bolesti pojavile. Konkretno, u Edinburghu smo proučavali veliku škotsku obitelj, u kojoj je mutacija jednog gena uzrokovala široku lepezu mentalnih bolesti. Moj trenutni rad i projekt koji financira HRZZ temelji se na hipotezi, odnosno pretpostavci da nakupljanja proteina uzrokuju mentalne bolesti.
Slično se događa i u neurodegenerativnim poremećajima, poput Parkinsonove bolesti ili Huntingtonove bolesti, u kojima se određeni proteini pogrešno savijaju i nakupljaju u neuronima.
U tim uvjetima, proteinski agregati su često toksični te ubijaju stanice u kojima se stvaraju. U Düsseldorfu smo pretpostavili da slični proteinski agregati mogu postojati u bolesnika s kroničnim mentalnim bolestima. Iako u ovom slučaju nisu toksični, agregati se mogu akumulirati u neuronima uzrokujući niz suptilnih učinaka na funkciju stanica, koji se vremenom postupno pogoršavaju. Identificirali smo nekoliko takvih proteina prisutnih u mozgu pacijenata sa shizofrenijom i teškom depresijom, pojašnjava Bradshaw.
Svojim istraživanjem želi provesti ispitivanje dodatnih uzoraka pacijenata, kako bi se dobila ideja koliko su ti proteinski agregati uobičajeni kod mentalnih bolesti, za što koristi uzorke mozga dobivene od suradnika iz Budimpešte, te uzorke krvi iz KBC-a Rijeka.
– Istražujemo i proteinske agregate u sustavima staničnih kultura, kako bi se proučili mehanizmi nastanka nakupljanja proteina i posljedice tih proteinskih agregata za normalno funkcioniranje stanica.
Tijekom ove godine počet ćemo istraživati te proteine i u mozgu mušica, u suradnji s dr. Rozi Andretić, kako bismo utvrdili njihov utjecaj na ponašanje. Na ovom projektu uz mene radi i jedna doktorandica, pet magistara, odnosno dodiplomskih studenata te dva suradnika iz Klinike za psihijatriju KBC-a Rijeka, navodi Bradshaw.
Motivirani suradnici
Svi znanstvenici Odjela ističu ponos i zadovoljstvo sa svojim mladim suradnicima, doktorandima i poslijedoktorandima, koji su plaćeni putem projekata HRZZ-a ili su plaćeni direktno s istraživačkih projekata u slučaju posljedoktoranada.
– Radi se o vrlo motiviranim i požrtvovnim suradnicima, koji su važna karika u uspješnoj provedbi istraživačkih projekata. U radu laboratorija sudjeluju i studenti preddiplomskog i diplomskog studija koji na taj način stječu praktična iskustva potrebna za pisanje završnih i diplomskih radova. Na prediplomske i diplomske programe Odjela za biotehnologiju upisuju se ponajbolji studenti iz čitave Hrvatske i svake godine interes znatno premašuje kvote upisa.
Kvaliteta svih studenata ogleda se ne samo u uspješnosti obavljanja nastavnih obaveza, već i kroz organizaciju javno prepoznatih znanstveno-promotivnih i humanitarnih aktivnosti koje pokreću studenti sami, članovi vrlo aktivne Udruge studenata biotehnologije, zaključuje pročelnica Odjela.
