Új távlatokat nyithat az időskori és neurológiai betegségek kezelésében Losonczy Attila és kutatócsoportjának legújabb felfedezése. A New York-i Columbia Egyetem Zuckerman Intézet, a Rózsa Balázs által vezetett BrainVisionCenter, valamint a HUN-REN Kísérleti Orvostudományi Kutatóintézet közös kutatása forradalmi eredményt hozott: a magyar fejlesztésű 3D-lézerpásztázó mikroszkóp segítségével elsőként sikerült élő állatban másodpercek töredéke alatt, az emberi hajszálnál százszor vékonyabb struktúrákban megfigyelni az emlékek megszületését. A tanulmány a rangos Nature című folyóiratban jelent meg.

Az emlékek felidézése az agysejtek közötti kapcsolatok, az úgynevezett szinapszisok erősségének változásán alapul. Bár ezt az elméletet már csaknem ötven éve ismerjük, a tudósoknak egészen mostanáig nem sikerült közvetlenül megfigyelniük ezeket a szinaptikus változásokat élő rágcsálómodellben. Az utóbbi években a mikroszkópos technológiák fejlődése lehetővé tette, hogy a kutatók valós időben tanulmányozhassák az élő, viselkedő állatok agysejtjeinek aktivitását is. „A pontos genetikai és molekuláris célpontok meghatározásához és a jövőbeni terápiákhoz mélyebb ismeretekre van szükség a memória rögzülésének és kialakulásának mechanizmusairól” – hangsúlyozta a munka társadalmi hasznosulását a Columbia Egyetem Zuckerman Intézetének vezető kutatója, Losonczy Attila. Ezen mechanizmusok feltárása kulcsfontosságú a Roska Botond és Rózsa Balázs által alapított BrainVisionCenter számára, a terápiás és diagnosztikai küldetés a tervek szerint részben az intézetben fog megvalósulni.

A hippokampusz az agy egyik legtöbbet vizsgált területe, de az elmúlt évtizedek kutatásai főként EEG vizsgálatokra és agyszelet preparátumokra támaszkodtak. Ezen módszerek bár szükségesek, korlátozott lehetőségeket nyújtanak, mivel nem teszik lehetővé az agyi folyamatok valós idejű és nagy felbontású vizsgálatát élő állatokban. Pedig a neurális hálózatok valós idejű megfigyelése elengedhetetlen az agyműködés mélyebb megértéséhez, amihez olyan technológiák kellenek, amelyek gyorsan és pontosan képesek pásztázni a sejteket és szinapszisokat nagyobb térfogatú mintákban.

„A jelenlegi tanulási- és memóriamodellek, azon alapulnak, hogy a szinapszisok, vagyis a sejtek közötti kapcsolatok erőssége megváltozik az agyban a tanulás, az emlékek rögzülése során. Bár a szinaptikus plaszticitás működésének korábbi bizonyítékai viszonylag egyszerű állatokkal, például tengeri csigákkal végzett kísérletekből, vagy mesterséges körülmények között, például laboratóriumban növesztett agysejtekkel végzett kutatásokból származtak, az elmúlt 50 évben ez a memória modell rendkívül sikeres lett, és a mesterséges intelligencia gyors fejlődése is erre épül. Nem meglepő ugyanakkor, hogy korábban élő állatos vizsgálatokra nem volt példa, hiszen hatalmas technikai kihívást jelentett ez a kutatóknak” – magyarázta Losonczy Attila.

A kutatócsoport Nature-ben közölt munkája ebben hozott nagy áttörést. Céljuk az volt, hogy kidolgozzanak egy módszertant, amellyel a tanulásért és memóriáért felelős idegsejtek hosszú távú szinaptikus plaszticitása, vagyis a szinapszisok erősségének változása (amely akár órákig, napokig is tarthat), valós időben, élő rágcsálómodellekben is mérhetővé válik. Az áttörés elérésében kulcsszerepet játszott a HUN-REN KOKI Rózsa Balázs által vezetett kutatócsoportjának segítségével kifejlesztett, és a BrainVisionCenterben is alkalmazott, speciális kétfoton lézerpásztázó mikroszkóptechnológia. A 3D-s valós idejű képstabilizációval felszerelt rendszer képes az agy folyamatos mozgását kompenzálni, lehetővé téve az agy apró elemi komponenseinek, mint a sejtek és sejtnyúlványok, vizsgálatát.

“Az in-vivo kísérletekben a zsigeri mozgások (szívverés, lélegzés), illetve az akaratlagos mozgás akár több tíz mikrométernyi elmozdulást is okozhatnak, amely lényegesen nagyobb, mint maguk a mérendő struktúrák. Ez viszont ellehetetleníti a nagy térbeli és időbeli felbontással történő méréseket, hiszen a mérendő biológiai képletek (sejttestek, sejtnyúlványok, dendritek, dendrittüskék) folyamatosan kitérnek a lézerpásztázás alól. Az általunk használt femtoszekundumos [ez a másodperc ezermilliárdodrészének egymilliomod része, ennyi idő alatt a fény 0,3 mikrométert halad, ami nagyjából egy baktérium méretének felel meg] lézerpásztázó eljárás valós időben és 3D-ben kompenzál a mozgásra” – magyarázta el az új módszer hasznosságát Rózsa Balázs, a BrainVisionCenter igazgatója, a HUN-REN KOKI vezető kutatója, a publikáció kollaborációs partnere.

A berendezés képes az emberi hajszál vastagságának századrészét kitevő struktúrákban megfigyelni az összes aktivitást, és elég gyors ahhoz, hogy elkapja a szinapszisok erősségének változásait, amelyek másodpercek századrésze alatt történnek. A mikroszkóprendszert az úgynevezett feszültségszenzorokkal együtt alkalmazva sikerült, ami korábban megoldhatatlannak tűnt: élő, viselkedő állat agyában feszültségjeleket mérni egyetlen szinapszis szintjén.

A kutatócsoport egyik legnagyobb meglepetése az volt, hogy a megfigyelt hippokampális neuronok [ezek az agy temporális lebenyében helyezkednek el, a tanulásban, a memóriában és a térbeli tájékozódásban játszanak kulcsszerepet] szinapszisai nem viselkedtek egyformán az idegsejtek faágszerűen szétágazó nyúlványai, az úgynevezett dendritek mentén. A piramis alakú sejtek csúcsa közelében lévő ágak szinapszisainak aktivitása és erőssége változott a kísérletek során, míg a sejtek bázisa közelében lévőké nem. „Még mindig nem világos, miért van ez így, miért lehet ez a mechanizmus fontos” – fejtette ki Losonczy Attila. „Tudjuk, hogy az emlékek több szinten szerveződnek, a szinapszisoktól az egyes neuronokig és idegi áramkörökig, és most azt látjuk, hogy akár sejten belüli szinten is szerveződhetnek.”

Mindez megnyitja az utat további kísérletekhez, amiben megpróbálják megérteni, hogyha a szinapszis erőssége megváltozik, mik azok a molekuláris, biokémiai genetikai változások, amelyek ezt az erősséget megtartják, illetve a sejtszinten stabilizálják.
Losonczy Attila csapatának nem ez az első tudományos áttörése, amelyet magyar fejlesztéseknek köszönhetően ért el. 2020-ban a Neuron folyóiratban jelent meg forradalmi tanulmányuk az agy memóriaközpontjában működő gátló idegsejtek működéséről. Ezt követte 2022-ben egy újabb publikáció a Nature-ben, amely bemutatta, hogy az agy egyik fontos memóriaközpontjában az idegsejtek kisebb csoportokba szerveződve, együtt tanulnak.

Publikáció:

DOI: 10.1038/s41586-024-08325-9

A BrainVisionCenter Kutatóintézet és Kompetenciaközpont (BVC) a HUN-REN Kísérleti Orvostudományi Kutatóintézettel (HUN-REN KOKI) együttműködve egy egerek számára optimalizált virtuális valóság (VR) szemüveget fejlesztett ki, amely új távlatokat nyit az agyműködés kutatásában és a látást helyreállító agy-számítógép interfészek fejlesztésében. A Moculus nevű eszköz élethűen szimulálja a természetes látást a kísérleti állatok számára, és akár százszorosára gyorsíthatja a tanulási folyamatokat. Ez az innováció szorosan illeszkedik a Roska Botond és Rózsa Balázs által alapított BVC küldetéséhez, amely a látás helyreállítását célzó terápiák és a központi idegrendszeri betegségek kezelésének fejlesztésére összpontosít. A fejlesztés mögött Judák Linda, Szalay Gergely, Dobos Gergely és Rózsa Balázs állnak, akik az egér látókéreg gyors tanulás során tapasztalt plaszticitását vizsgálták. Kutatásuk jelentőségét jól mutatja, hogy tanulmányukat a világ egyik legnevesebb tudományos folyóirata, a Nature Methods publikálta.

A viselkedés és érzékelés agykérgi reprezentációja a tudomány egyik kiemelt kutatási területe, hiszen ez alapozza meg az agyi mechanizmusok mélyebb feltárását, valamint az ehhez kapcsolódó terápiás lehetőségek felfedezését és kidolgozását. Ezeknek a jelenségeknek egyedi sejtek szintjén történő megértéséhez a legmegfelelőbb módszer, ha az egerek agyműködését gyors 3D-s képalkotással vizsgáljuk. Az ilyen vizsgálatok során azonban különösen fontos, hogy az egér feje teljesen stabil maradjon, hiszen a mozgás ronthatja az eredmények pontosságát. Ezt a kutatók jellemzően az egér fejének rögzítése mellett, virtuális valóság rendszerek alkalmazásával oldják meg.

Az elmúlt 20-30 évben agykutatók, gyógyszergyárak és vállalatok számos virtuális valóság eszközt fejlesztettek a kísérleti állatok látásának vizsgálatára. Ezek az eszközök azonban általában kétdimenziós projekciókat használtak a virtuális tér megjelenítésére, feltételezve, hogy a kísérleti állatok, az emberekhez hasonlóan, képesek a kétdimenziós képekből, mint például egy tévéképernyő sík képéből, rekonstruálni a körülöttük lévő 3D-s valóságot. A HUN-REN KOKI, a BVC, az Institute of Molecular and Clinical Ophthalmology Basel és a Pázmány Péter Egyetem kutatói azonban kimutatták, hogy ez a feltételezés hibás. Rágcsálók esetében a kétdimenziós vetítések nem nyújtanak valósághű élményt, ami torzíthatja az eredményeket. Ezt egy egyszerű, de szemléletes példával igazolták Dobos Gergelyék: az egerek gond nélkül áthaladtak a hagyományos VR kijelzőkön bemutatott virtuális szakadékon. Ezzel szemben azonnal megtorpantak, sőt, hátrafelé menekültek, ha a szakadékot a Moculus rendszerrel mutatták be nekik.

„A projekt tehát bebizonyította, hogy az egerek csak akkor érzékelik három dimenzióban a világot, ha a virtuális valóságot az ő látásukhoz igazítva, valósághűen vetítik számukra. Az egerek ugyanis nem rendelkeznek elegendő absztrakt vizuális gondolkodási kapacitással, mint az emberek, ezért számukra elengedhetetlen, hogy a látottak hűen tükrözzék a valóságot” – fejtette ki dr. Szalay Gergely, a HUN REN KOKI és a BVC vezető kutatója.

A Moculus VR rendszer egy speciális futópadból tartalmaz, amely rögzíti és továbbítja az egér mozgásának adatait, két képernyőből, valamint egy hozzájuk illeszkedő optikai leképezőrendszerből áll. Ez utóbbi biztosítja az egerek számára szükséges, 180 foknál is szélesebb látómezőt, amely lehetővé teszi, hogy természetes módon lépjenek interakcióba a virtuális környezettel. Eközben a kutatók a kétfoton mikroszkóp segítségével feltérképezhetik az egér agyi aktivitásmintázatait, melyek tanulmányozása lehetőséget ad arra, hogy jobban megértsük, hogyan tanulnak az állatok, és milyen idegi mechanizmusok szabályozzák a döntéshozatalt. E kutatások nemcsak az alapvető agyműködés megértésében nyújtanak segítséget, hanem hozzájárulhatnak a neurológiai rendellenességek, például látáskárosodás terápiás megoldásainak fejlesztéséhez.

„A rágcsálók vizuális tanulási képességei meglepően fejlettek. A korábbi elképzelésekkel szemben akár egyetlen nap, sőt néha mindössze 30 perc alatt is képesek új vizuális információk elsajátítására. Azaz a rágcsálók több mint 100-szor gyorsabban tanulnak a Moculussal, mint a korábbi virtuális valóság rendszerekkel, amelyekkel történő tanítás 5-9 napot igényelt. A hosszú betanításból adódó nehézségek, műtermékek csökkentésével pedig a Moculus forradalmasítja a vizuális tanulási mechanizmusok kutatását, hiszen akár egyetlen rövid tréning során lehetővé tesz felfedezéseket” – ismerteti az eredményeket dr. Judák Linda, a HUN REN KOKI és a BVC vezető kutatója. Az eszköz egyik legnagyobb előnye, hogy képes az összetett, a tanuláshoz kapcsolt agyi aktivitásmintázatok, köztük a már a vizuális ingerek megjelenése előtt felbukkanó úgynevezett anticipációs jelek azonosítására is.
Dr. Judák Linda ehhez azt is hozzátette, hogy a kutatások során azt tapasztalták, a neuronok fokozatosan kapcsolódnak be a tanulási folyamatba, és aktivitásuk különösen a viselkedési döntések előtti kritikus időszakban erősödik meg. Az eszköz segítségével a vizuális tanulás során létrejövő új, eddig ismeretlen idegrendszeri hálózati mechanizmusokat is felfedeztek.

A jelenlegi tudományos irodalom szerint a látókéreg idegsejtjeinek aktivitása tanulás hatására körülbelül 10%-kal emelkedik. Sőt, a legfrissebb kutatások meglepő eredményekkel szolgálnak: néhány esetben 0%-os aktivitásváltozást vagy akár aktivitáscsökkenést is tapasztaltak. Fontos kiemelni, hogy ezen korábbi vizsgálatokban az egerek tanítása 5-9 napig tartott, ami elegendő időt adott a memória-konszolidációs folyamatoknak az agyi aktivitási mintázatok átrendezésére. A Moculus által biztosított ultra gyors tanulási lehetőség révén először sikerült olyan pillanatképet rögzíteni az agyműködésről, amikor ezen átrendeződési folyamatok még nem indultak el, tehát közvetlenül meg tudták figyelni a tanulás hatását. Az eredmények alapján a látókéreg működése jelentősen eltér az eddig tankönyvinek tekintett adatoktól. Az agy képes szinte az összes idegsejtet rövid időre aktiválni a látókéregben a vizuális feladatok teljesítése érdekében, így maximalizálva számítási kapacitását a vizuális komponensek gazdagabb reprezentációja érdekében.

A tanulás lényege abban rejlik, hogy ezek a gazdag neuronális reprezentációk versengenek egymással. A tanulási folyamat során az agyban egyfajta „versengési folyamat” zajlik a téridőbeli neuronális reprezentációk között, melynek célja, hogy a viselkedés szempontjából releváns információkat, mint a pozitív vagy negatív megerősítés, kódolják. Kimutatható, hogy az ezekből származó visszacsatolás az a kritikus információ, amely sejt szinten tanítja és átprogramozza a neuronhálózatok működését. Ez a folyamat határozza meg azt a „nyertes” reprezentációt, amely dominálja a kódolást, míg a többi információ kódolása visszatér az alap aktivitásra – ismertette a részleteket dr. Rózsa Balázs, a BVC igazgatója, a HUN-REN KOKI és a Pázmány Péter Katolikus Egyetem csoportvezetője.

Kiemelte, hogy a projekt legfontosabb eredménye az új eszköz, amely olyan téridőbeli agyi aktivitásmintázatokat generál, amelyek nagyságrendekkel pontosabban és mélyebben kódolják környezetünk adott látványelemeit. Ez lehetővé teszi, hogy a 3D akusztooptikai mikroszkópra épülő látáshelyreállító eszközök minden eddiginél precízebben aktiválják vissza az idegsejtek aktivitását, és így sokkal pontosabb mesterséges látást hozzanak létre.

“Három évvel ezelőtt, 2021 év végén, a BrainVisionCenter alapításakor Roska Botonddal a látáshelyreállítás alapkutatást, az ehhez szükséges speciális kutatóeszközök fejlesztését, valamint az agykérgi látáshelyreállításhoz kapcsolódó kutatásokat jelöltük meg fő küldetésként. A Moculus ezeknek a törekvéseknek az egyik fontos állomása, segítségével ugyanis a Botondék által fejlesztett géntechnológai eljárások agykérgi látáshelyreállításban betöltött szerepe minden eddig módszernél hatékonyabban tesztelhető.”- húzta alá az igazgató.

Az eszköz nagy érdeklődésre tart számot az idegtudományi kutatóeszközök területén, hasonló ugyanis jelenleg nem elérhető a piacon. Óriási előnye többek között az is, hogy kompakt, moduláris kialakítása lehetővé teszi, hogy bármilyen elektrofiziológiai vagy képalkotó eszközhöz (például kétfoton mikroszkóphoz) könnyen illeszthető legyen.

Publikáció:

Moculus: an immersive virtual reality system for mice incorporating stereo vision

DOI: 10.1038/s41592-024-02554-6

A BVC csapata örömmel vett részt a Kosztolányi Dezső Gimnázium Pályaorientációs Napján, júniusban. Arra vállalkoztunk, hogy bepillantást nyújtsunk a kutatás izgalmas világába, valamint egyéni életpályákon keresztül bemutassuk, hogy számos út vezethet a sikerhez ezen a területen. Célunk az volt, hogy inspiráljuk a diákokat, és segítsük őket abban, hogy megtalálják saját szenvedélyüket és érdeklődési körüket a természettudományokban.

A rendezvényen a Molekuláris Biológia Osztály és a Kémia Osztály munkatársai tartottak előadásokat, Kiemelték a biológia és a kémia fontosságát mindennapi életünkben, valamint hangsúlyozták a tudományos kutatásban betöltött döntő szerepüket, hiszen a mély természettudományi ismeretek lehetőséget adnak arra, hogy formáljuk az emberiség jövőjét és javítsuk a környezetünk állapotát.

Néhány inspiráló példa, amelyeket megosztottunk a diákokkal:

Kémia a tiszta vízért: A vegyészek kulcsfontosságú szerepet játszanak az ivóvíz biztosításában, minimalizálva ezzel a szén-dioxid kibocsátást és környezeti hatásokat.

Fluoreszcens festékek az orvostudományban:  A hatékony fluoreszcens szenzormolekulák fejlesztése támogatja az idegtudományi kutatásokat és terápiákat.

Génszerkesztés a biológiában: A kutatók segítséget nyújthatnak életveszélyes betegségek kezelésében vagy gyógyításában a génszerkesztés segítségével.

Bízunk benne, hogy sikerült elindítanunk néhány gondolatot a diákokban jövőbeli karrierlehetőségeikkel kapcsolatban. A BVC csapata továbbra is elkötelezett amellett, hogy támogassa a fiatalokat tudományos karrierjük kialakításában és inspirálja őket a kutatás izgalmas világában.

Büszkén jelentjük be, hogy a BrainVisionCenter társalapítója, Roska Botond elnyerte a 2024-es Wolf–díjat orvostudomány kategóriában.  A Svájcban élő magyar neurobiológus, egyetemi tanár, a bázeli Institute of Molecular and Clinical Ophthalmology Basel (IOB) igazgatója megosztva kapta az orvostudományi díjat a Franciaországban és az Egyesült Államokban is dolgozó José-Alain Sahel francia tudóssal. Az elismerés azon erőfeszítéseiket díjazza, melyek a vak emberek látásának visszaállítását célozzák meg az optogenetikai terápia alkalmazásával.

Az 1978-ban alapított Wolf-díj orvostudomány kategóriában az egyik a hat Wolf-díj közül, és a Nobel-díj és a Lasker-díj után a harmadik legnagyobb presztízsű elismerésnek számít az orvostudomány területén.

További információ úttörő kutatásukról itt érhető el.

 

 

 

A BrainVisionCenter Kutatóintézet és Kompetenciaközpont 2021-es megalakulása óta immár második alkalommal szervez tudományos konferenciát. 2023-as, „See something first” elnevezésű rendezvényünkön kiemelt kutatóink és kollaborációs partnereink előadásain keresztül ismertettük a szakmai közönséggel a kutatóintézet elmúlt két évének tudományos tevékenységét és jelentősebb eredményeit.

 

Tudományos előadások

Prof. dr. Roska Botond – a NeurofotonIQa Tudásközpont Alapítvány kuratóriumi elnöke, a BVC alapítója, az IOB tudományos igazgatója

A látás helyreállításának és a látásvesztés lassításának lehetőségei

Az IOB tudományos igazgatója a látás helyreállításának és a látásvesztés lassításának lehetőségeiről beszélt online előadásában. Áttekintette az elmúlt 25 év kutatómunkájának köszönhetően elért eredményeket és a jövőbeni terápiás utakat is ismertette a prezentációban.

Prof. dr. Rózsa Balázs – a BVC alapítója, igazgatója, vezető kutatóprofesszora

Automatizált, ultragyors lézerekre épülő 3D-s lézerpásztázó mikroszkópia új terápiás és diagnosztikai eljárások kidolgozására

A BVC két jelentős sikeréről, fejlesztéséről számolt be előadásában prof. dr. Rózsa Balázs. Az epilepszia jövőbeni terápiafejlesztésével kapcsolatban elmondta: az intézet egyik fontos hoszútávú törekvése, hogy a betegség 3D-s akusztooptikai mikroszkópiával való sejtszintű kezelését a kísérleti fázisból a klinikai vizsgálatokig jutassák el. Prezentációjának második felében bemutatta az intézet fejlesztőcsapata által tervezett és épített automatizált, nagy áteresztőképességű, robot által vezérelt mikroszkóprendszert, melynek jövőbeni feladata, hogy a betegekből származó, különböző terápiás ágensekkel kezelt humán retina- és agyszövet mintákat analizálva megtalálják a leghatékonyabb génterápiás eljárást. A berendezésnek köszönhetően mihamarabb megkezdhető lenne a betegek célzott kezelése, ezáltal elkerülve a hosszadalmas és esetlegesen hatástalan terápiákat.

Dr. Szalay Gergely – a Biológia Osztály vezetője

Szinkrontüzelő sejtcsoportok tulajdonságainak és dinamikájának vizsgálata éber rágcsáló modellben

Egyre több tudományos munka bizonyítja, hogy az agykéregben az egyes percepciók együtt tüzelő sejtcsoportok formájában kódolódnak. Az intézetben fejlesztett 3D akuszto-optikus szkenner alapú lézerpásztázó mikroszkóptechnológia, valamint a kidolgozott mérési módszerek lehetővé teszik, hogy tanulás alatt, éber állatban, akár több száz idegsejt aktivitását figyeljék meg a kutatók párhuzamosan. A sejthálózat modellek szerint néhány tíz sejt aktivitása szükséges egy egyedi percepció kialakításához, és a viselkedésválasz egyértelmű kódolásához. Mivel az egyes percepciókat csak a sejtek egy kisebb százaléka kódolja, illetve, mivel a válaszok még egyetlen napon belül is nagyfokú variabilitást mutatnak, ezért a korábban kevesebb sejttel történő teszek során megfelelő méretű hálózatok felderítésére nem volt esély. A mérhető sejtek számának növelésével sikerült hálózatokat azonosítani, és azok viselkedéssel korreláló válaszamplitúdóit megmutatni.

Prof. dr. Mucsi Zoltán – a Biológiai Kémia Osztály vezetője

Új fluoreszcens szenzormolekulák fejlesztése diagnosztikai célokra

Az osztály kiemelt fontosságú témája a diagnosztikai célú feszültségérzékeny fluoreszcens szenzormolekulák fejlesztése, melyek a jövőben a humán diagnosztikában is szerepet játszhatnak. A fluoreszcens képdiagnosztikai eljárások ugyanis nem működhetnek fénykibocsátásra képes jelzőmolekulák nélkül. Elsősorban egyes betegségekhez, illetve fertőzésekhez köthető fémionok (pl. cink) detektálásán értek el sikereket az intézet kutatói, de fontos eredmények születtek a membránjelölésre, illetve a feszültségérzékelésére képes festékekkel kapcsolatban is. A fejlesztések eredményeként elsőként mutattak be olyan újszerű, kétfoton technológiában alkalmazható, a tumorsejteket szelektíven jelölő fluoreszcens antitesteket, amelyek hatékonyabbak a tumoros és egészséges sejtek megkülönböztetésében. Az osztály eredményeiből több szakcikk jelent meg, és szabadalmi oltalom iránti igényt is benyújtottak.

Dr. Szepesi Áron – a Molekuláris Biológia Osztály vezetője

Virális vektorok, mint lehetséges génterápiás eszközök

A legújabb virális alapú génterápiás eljárások hatékony megoldást kínálnak egyes idegrendszeri betegségek kezelésében. A monogénes hátterű megbetegedések rutinszerű kezelésére (pl. gerincizom atrófia, retinadisztrófia) már rendelkezésre állnak olyan adeno-asszociált virális vektor (AAV) készítmények (Zolgensma, Luxturna), melyek humán alkalmazásával lehetőség nyílik hasonló idegrendszeri elváltozások terápiás kezelésére. Az osztály fontos küldetése az egyes kóros elváltozások (pl. epilepszia) hátterében meghúzódó patológiás folyamatok megismerése a későbbi sikeres terápiás eljárás kidolgozásához. Az intézet kutatói ehhez kívánnak hozzájárulni olyan virális vektorok előállításával, melyek alkalmasak célba venni a hibásan működő idegsejteket, és befolyásolni azok működését.

Dr. Szabó Arnold – a BVC Humán Retina és Cortex Laboratóriumának vezetője

Az in vitro modellrendszerek szerepe az idegtudományi kutatásokban

Az elmúlt évtized jelentős tudományos sikerei és kudarcai egyértelműen jelzik, hogy az emberre is alkalmazható, potenciálisan klinikai haszonnal is bíró eredmények létrehozásához elengedhetetlen az emberi eredetű sejtek és szövetek bevonása a kutatásba. A BrainVisionCenter Kutatóintézet és Kompetenciaközpont kutatásait az alapítástól kezdve ez a transzlációs szemlélet jellemzi. Az előadás során az intézetben alkalmazott, illetve fejlesztés alatt álló in vitro modellrendszereket ismerhette meg a közönség röviden.

Dr. György Bence – az IOB Szemészeti Transzlációs Kutatócsoportjának vezetője

Precíz génszerkesztéssel a makuladegeneráció ellen

A genetikai hibák korrigálása rendkívül nehéz feladat hiszen négymilliárdból kell megtalálni azt az egyet, amelyik betegséget, például vakságot okoz. Különösen nehéz ezt a mechanizmust működésre bírni az emberi test egyik legösszetettebb szervében, a retinában. Dr. György Bence kutatócsoportja azon dolgozik, hogy megoldást találjanak a genetikai makuladegeneráció leggyakoribb formájára, a Stargardt-betegségre. Az új genetikai eljárást, az úgynevezett bázisszerkesztést, sikerrel tesztelték in vivo egereken és majmokon. A nagy hatékonyság és pontosság a világ első bázisszerkesztést alkalmazó klinikai kísérletéhez vezethet a Stargardt-betegségben, emellett a vakság más formáiban szenvedők számára is reményt biztosíthat.

Dr. Halász László – az Országos Mentális, Ideggyógyászati és Idegsebészeti Intézet idegsebész szakorvosa

A robotasszisztált idegsebészeti módszerek idegrendszeri kórképek kezelésében

Az Országos Mentális, Ideggyógyászati és Idegsebészeti Intézetben 2018 áprilisában végeztek Magyarországon és a közép-európai régióban elsőként robotasszisztált idegsebészeti beavatkozást. Az előadásban az elmúlt öt év alatt elért eredményeket foglalták össze, mind az epilepszia, mind a mozgászavarok idegsebészeti kezelése kapcsán.

Dr. Nagy Zoltán Zsolt – Semmelweis Egyetem Szemészeti Klinika igazgatója, a BVC tudományos tanácsadója

A génsebészeti kezelések lehetőségei a szemészet területén

A Semmelweis Egyetem Szemészeti Klinikájának bázisán szemészeti génterápiás centrum működik. A kezelőközpontban egy innovatív eljárás segítségével a látáskárosodás és a vakság egyik fő okát jelentő örökletes szembetegség, a retinális disztrófia kezelésére is lehetőség van. Az elmúlt évek során 10 RPE 65 mutációval érintett beteg szemét kezelték génsebészeti módszerrel. A makula tájék alá juttatott gyógyszer alkalmazását követően a kezelt páciensek kontrasztérzékenysége, látásuk objektív és szubjektív mutatói, valamint a betegek önellátó képessége jelentősen javult. Az előadásban a kezelés eredményeinek részletes bemutatása történt meg.

Fotók: Csomos Attila fényképész

 

 

 

A tudományos rendezvényen a BrainVisionCenter Kutatóintézet és Kompetenciaközpont vezető kutatói, munkatársai és együttműködő partnerei adnak elő az alábbi témákban, amelyek a jövő orvosdiagnosztikai és terápiás eszközeinek, eljárásainak alapját adják:
– új molekuláris biológiai és neurokémiai módszertani megoldások,
– a 3D-s akusztooptikai lézermikroszkópia új fejlesztési és mérési eredményei,
– az agy működésének egy teljesen új elve,
– az AAV mérési vektorok alkalmazása és az ezzel kapcsolatos innovációs kitörési pontok
– a szemészeti betegség diagnosztikája, öröklésmenete és a legmodernebb terápiás lehetőségei.

Tudományos előadások

Prof. dr. Rózsa Balázs – Vezető kutató

Funkcionális sejtklaszterek az agyban: a 3D-s lézerpásztázó mikroszkópia az agy működésének évtizedes dogmáját döntötte meg

A BrainVisionCenter küldetése szempontjából alapvető fontossággal bíró új módszereket fejlesztettünk ki in vivo mérésekhez, amelyekre több, mint 20 éve várt a tudomány: idegsejtek elektromos aktivitásának közvetlen, optikai úton történő gyors, 3D-s mérését; 3D-s, gyors képstabilizálást, amely lehetővé teszi a légzés, fizikai mozgás és szívverés okozta mozgási műtermékek valós idejű eliminációját; valamint neuronhálózatok 3D-s, téridőbeli mintázatokkal történő aktiválását. A gyors térbeli méréseink megmutatták, hogy az agy memóriaközpontjában, illetve a látókéregben az idegsejtek kisebb klaszterekbe szervezve, együttesen tanulnak. A tanulás egyfajta versengésként jelenik meg az agyban, amely során a sikeresebb, erősebb reprezentációt képviselő sejtekből álló csoport fokozatosan legyőzi a gyengébbet, és ezáltal átveszi az uralmat. Az áttörés elérésében jelentős szerepet játszott az a lézermikroszkóp, amely segítségével a térbeli tájékozódásért, illetve látás reprezentációért felelős sejtek és funkcionális szomszédjaik – amelyek viszonylag szétszórva helyezkednek el az agy mélyebb rétegeiben – egyszerre mérhetők 3D-ben, precízen és nagy sebességgel, amire más módszer nem képes.

Dr. Mucsi Zoltán – Biológiai kémia osztályvezető

Új lehetőségek a neurobiológiában: feszültségszenzorok és új neurális hálózatok újrahuzalozása kémiai módszerekkel – A BrainVisionCenter biológiai-kémia osztályának kutatási céljai

A 3D akusztooptikai rendszerek hatalmas időbeli és térbeli felbontása lehetővé teszi, hogy az idegsejtekben nagyon kis, mikroszekundumos időintervallumokban lezajlódó biológiai folyamatokat speciális szenzormolekulákkal vizsgáljuk. Ahhoz, hogy ezeket a folyamatokat láthatóvá és vizsgálhatóvá tegyük, speciális fluoreszcens, feszültségérzékeny szenzormolekulákra van szükség, melyeknek kutatása és fejlesztése az egyik elsődleges feladat. Az idegtudományban fontos szempont, hogy az ingerületet kontrollált körülmények között, térben és időben behatárolva tudjuk kiváltani, amelyhez ún. fényérzékeny, kalitkázott (uncaging) ingerületkiváltó molekulákat fejlesztünk. A precíziós neurális hálózatok lézer által vezérelt kialakításához újszerű reagensrendszereket alakítunk ki, melynek jövőbeni alkalmazása forradalmi távlatokat nyithat az orvostudományban.

Dr. Szabó Arnold – Humán retina laborvezető

Az emberi biológiai modellrendszerek jelentősége az idegtudományi kutatásokban

A komplex neurális hálózatok vizsgálata megfelelő emberi modellrendszerek hiányában, jellemzően élő kísérleti állatokon vagy állati eredetű szövetmintákon történik. Az így nyert ismeretek biológiai tudásunk alapját képezik, ugyanakkor komoly akadályt jelent, hogy az állatkísérletekből származó eredmények nem alkalmazhatók közvetlenül az emberre. A Semmelweis Egyetemen kifejlesztett túlélő emberi retinamodell lehetővé teszi bonyolult, korábban megvalósíthatatlannak gondolt kísérletek elvégzését emberi retinaszöveten, és ezzel hidat teremt az állatkísérletek és a klinikai kísérletek között.

Dr. Szalay Gergely – Biológia osztályvezető

Nagy felbontású, akusztooptikán alapuló stimulációs technológia kidolgozása, egyedi agykérgi aktivitásmintázatok célzott kiváltására

A retinával szemben a vizuális információ agykérgi reprezentációja nem mutat térbeli szerveződést, az egyedi érzetek egymástól akár egész távoli idegsejtek aktivitásmintázatában kódolódnak. Ahhoz, hogy ilyen típusú érzeteket mesterségesen kiválthassunk, egy olyan stimulációs technika kidolgozásán dolgozunk, amellyel az egyedi idegsejtek aktivitása egyedileg vezérelhető egy előzetes meghatározott mintázat szerint, a szomszédos sejtek befolyásolása nélkül. Ehhez a 3D akusztooptikai mikroszkóp gyors kapcsolási lehetőségét használjuk ki, amellyel 30 mikroszekundumonként tetszőlegesen tudjuk a stimulációs lokációt, amplitúdót és hullámhosszt szabályozni, ezzel kialakítva a szükséges precíz mintázatokat.

Dr. Nagy Zoltán Zsolt – Professzor, szemész, klinikaigazgató

A genetikai vizsgálatok és terápiás lehetőségek az örökletes retinális elváltozások kezelésében

Ma számos szemfenéki betegség genetikai hátterét már részben vagy teljesen feltárták. Az előadás során áttekintésre kerülnek a legfontosabb szemfenéki örökletes kórképek, azok diagnosztikája, öröklésmenete és a legmodernebb terápiás lehetőségek. A jövő egyik útja a szokásos szemészeti terápiás és műtéti formák mellett, a genetikai kezelések (optogenetika), amelyekkel visszaállítható az érintett, korábban vakságra ítélt páciensek önálló életvitele.

Prof. dr. Roska Botond – Vezető kutató

Az emberi retina

A történelem során a tudósok az állatok testét mint helyettesítő eszközt tanulmányozták, hogy megértsék az emberi biológiát. Ez a megközelítés azonban elégtelennek bizonyult számos betegség, különösen az agyi betegségek gyógyítására szolgáló módszer kifejlesztéséhez. Ezért nemrégiben új módszereket dolgoztunk ki egy emberi szerv, a szem vizsgálatára. Ezek az emberre összpontosító módszerek állnak előadásom középpontjában.