Vitajte na informačnom portáli
o Európskom výskumnom priestore (ERA)

Prečo COVID-19 spôsobuje mozgovú hmlu? Vedci môžu mať konečne odpoveď

Ľudský neurón pozostáva z bunkového tela, dlhého axónu a pavúčích dendritov, ktoré obsahujú kontaktné body – synapsie – ktoré umožňujú neurónom vzájomnú komunikáciu. Zdroj: https://www.nationalgeographic.com

Keď vedci z Karolinska Institutet vo Švédsku infikovali mozgové organoidy – kúsky mozgového tkaniva o veľkosti špendlíkovej hlavičky pestované v laboratóriu – vírusom, ktorý spôsobuje COVID, zistili, že urýchlil deštrukciu spojení medzi neurónmi nazývanými synapsie.

Tento objav prispieva k rastúcemu chápaniu toho, ako SARS-CoV-2 vstupuje do centrálneho nervového systému a spôsobuje ochorenie. V posledných dvoch rokoch vedci zdokumentovali dlhotrvajúce nervové a behaviorálne problémy u pacientov s COVID-19. Jeden takýto stav, známy ako mozgová hmla, spôsobuje dezorientáciu, stratu pamäti, chronickú bolesť hlavy a necitlivosť a postihuje takmer 40 % pacientov s chorobou dlhého covidu.

Carl Sellgren, psychiater a bunkový biológ, a jeho tím z Karolinska Institute sa rozhodli použiť organoidy, aby sa pokúsili zistiť, čo SARS-CoV-2 robí s mozgom a či by to mohlo pomôcť vysvetliť neurologické symptómy.

Ich výskum ich priviedol k záveru, že zničenie príliš veľkého počtu spojení medzi neurónmi alebo nadmerné prerezávanie môže spôsobiť mozgovú hmlu u pacientov s chorobou dlhého covidu. Ako uviedla Samudyata, postdoktorandská výskumníčka z Karolinska Institute, ktorá viedla štúdiu: „Toto by mohol byť jeden z mnohých dôvodov – pravdepodobne – prečo pozorujeme celý rad neurologických symptómov, aj keď infekcia už dávno pominie.“

Ana Osório Oliveira, spoluautorka a neurovedkyňa v Sellgrenovom laboratóriu, uviedla: „Bolo celkom zarážajúce, že veľmi malé množstvá vírusu sa mohli pomerne rýchlo šíriť v organoidoch a eliminovať nadmerné množstvo synapsií.“ Výskum bol publikovaný v odbornom časopise Molecular Psychiatry.

Ako dodala Madeline Lancaster, neurobiologička z MRC Laboratory of Molecular Biology, Cambridge, Spojené kráľovstvo: „Táto štúdia dobre zapadá do našej a niekoľkých ďalších.“ Lancasterovej výskum pomocou mozgových organoidov odhalil, že SARS-CoV-2 poškodzuje ochrannú bariéru mozgu. Keď je táto bariéra narušená, patogény, abnormálne imunitné bunky a zápalové zlúčeniny môžu preniknúť do cerebrospinálnej tekutiny a mozgu.

Prerezávanie spojení medzi neurónmi je nevyhnutné pre učenie

Mozog sa skladá z hustej a dynamickej siete nervových buniek, ktoré komunikujú prostredníctvom synapsií, ktoré sa menia, keď sa ľudia učia. Ako uviedla Lancaster: „Synapsie sú v podstate to, ako bunky medzi sebou hovoria a ako sa informácie prenášajú z jednej časti mozgu do druhej.“

Synapsie sú zodpovedné za všetky funkcie mozgu, od pamäte cez riadenie pohybu až po cítenie emócií – a neustále sa prestavujú. Ako ďalej dodala Lancaster: „Takto sa učíme.“

Spojenia medzi neurónmi, ktoré spolu hovoria, majú často viac gombíkových koncov, ktoré produkujú neurotransmitery – chemikálie, ktoré prenášajú signály do iných neurónov – ktoré potom cestujú cez medzery medzi neurónmi známe ako synaptická štrbina. Naopak, neuróny, ktoré komunikujú menej alebo vôbec, majú menej synapsií, pretože ich odstraňujú alebo orezávajú imunitné bunky nazývané mikroglie. Mikroglie tvoria až 17 % bunkovej populácie v niektorých častiach ľudského mozgu a vykonávajú upratovacie povinnosti tým, že migrujú cez mozog, požierajú mŕtve bunky a vychytávajú slabé synapsie.

Hoci synaptické prerezávanie je najaktívnejšie vo vývoji mozgu, ako napríklad u plodov a dojčiat, pokračuje v zdravých mozgoch počas celého života a je nevyhnutné na zakódovanie nových spomienok a vymazanie tých, ktoré mozog už nepotrebuje. Synaptické prerezávanie je tiež rozhodujúce pre mozog, aby sa zotavil zo zranenia; posilnenie synapsií, keď sa stratené zručnosti znovu učia a odstránenie tých, ktoré už nefungujú.

Použitie mozgových organoidov na štúdium nervového poškodenia

Štúdium priamej súvislosti medzi COVID-19 a kognitívnou dysfunkciou, ako je mozgová hmla, je v živých mozgoch ťažké. Preto sa štúdie často obmedzujú na mŕtvoly pacientov s COVID-19. Ale mozgové organoidy, nazývané minimozgy, umožňujú vedcom v reálnom čase vidieť, ako SARS-CoV-2 ovplyvňuje živé tkanivo.

Oliveira a jej kolegovia pomocou mozgových organoidov zistili, že samotný vírus priamo neprerezával synaptické spojenia, ale aktivoval mikroglie.

Ako ďalej uviedla Samudyata: „Zistili sme, že po infekcii SARS-CoV-2 sa mikroglie nejakým spôsobom stanú imunoreaktívnymi a zjedia viac synapsií ako normálne.“

Štúdia je dôležitá, pretože jasne ukazuje kvantitatívne rozdiely v mikrogliálnej aktivite po COVID-19 a jej vplyve na synapsie, uviedol Ayush Batra, neurológ z Northwestern University Feinberg School of Medicine.

Ale príliš veľa synapsií môže byť škodlivé a spája sa s poruchami nervového vývoja, ako je schizofrénia, ako aj s neurodegeneratívnymi stavmi, ako je Alzheimerova a Parkinsonova choroba.

Ak dôjde k nadmernej eliminácii synapsií, ku ktorej dochádza v mozgových organoidoch po infekcii SARS-CoV-2 aj u ľudí, môže to zničiť životne dôležité spojenia a vysvetliť, prečo niektorí s COVID-19 trpia dlhodobými neurologickými príznakmi.

Ako dodala Lancaster: „Očakávalo by sa, že priveľká eliminácia synapsií ovplyvní schopnosť človeka vytvárať si nové spomienky alebo si zapamätať tie existujúce a môže pomôcť vysvetliť pomalé mozgové funkcie pozorované v mozgovej hmle.“

To je v súlade so štúdiami vykonanými v americkom Národnom inštitúte zdravia, ktoré našli protilátky produkované v reakcii na SARS-CoV-2, môžu napadnúť bunky lemujúce krvné cievy mozgu a spôsobiť poškodenie a zápal – ktorý aktivuje mikroglie – aj keď vírus priamo neprenikne do mozgu. To môže vysvetľovať, prečo, ako ukázal tím Batra, niektorí pacienti s COVID, ktorí nie sú dostatočne chorí na to, aby boli hospitalizovaní, naďalej pociťujú neurologické symptómy aj viac ako rok po počiatočnej infekcii.

Spôsobuje strata synapsií zmršťovanie mozgu?

v Spojenom kráľovstve štúdia tiež ukázala, že aj mierny COVID-19 môže zmenšiť mozog stratou šedej hmoty – vonkajšej vrstvy mozgu, ktorá sa skladá z tiel buniek a je životne dôležitá pre kontrolu pohybu, pamäte a emócií – čo spôsobuje fyzické zmeny ekvivalentné desaťročiu starnutia. Ako uviedla Gwenaëlle Douaud, neurovedkyňa z Oxfordskej univerzity, ktorá viedla štúdiu: „Stále nie je jasné, čo môže vo všeobecnosti prispieť k strate objemu alebo hrúbky šedej hmoty pozorovanej pomocou MRI.“

Zatiaľ čo eliminácia synapsií, ako ukazuje Samudyatova štúdia, by mohla zodpovedať za malé percento zmeny v sivej hmote, dodala Douaud, na určenie ďalších faktorov, ktoré vedú k zmenšeniu mozgu, je potrebných viac štúdií kombinujúcich zobrazovanie s tkanivovými rezmi.

Hyperaktívne mikroglie môžu spôsobiť problémy iným spôsobom. Súčasná štúdia tiež ukazuje, že vzor génov zapínaných a vypínaných mikrogliami v mozgových organoidoch po infekcii SARS-CoV-2 napodobňoval génovú aktivitu pozorovanú pri neurodegeneratívnych poruchách. To môže vysvetliť, prečo existuje trikrát vyššie riziko vzniku neurologických alebo psychiatrických stavov do šiestich mesiacov po COVID-19 v porovnaní s tými, ktorí neboli infikovaní. U dospelých vo veku nad 65 rokov je riziko vzniku demencie po infekcii COVID-19 takmer dvojnásobné v porovnaní s inými respiračnými infekciami.

Vedci však upozorňujú, že na pochopenie účinku infekcie SARS-CoV-2 na mozog je potrebný oveľa viac výskumov. Keďže organoidy pripomínajú nezrelé bunky – ako tie vo fetálnom alebo postnatálnom stave – obmedzuje to extrapoláciu výsledkov na zrelé dospelé mozgové bunky.

Ako dodal na záver Oliver Harschnitz, vedúci skupiny vo Výskumnom centre neurogenomiky v Human Technopole Institute v Miláne: „Aj keď sú tieto údaje vzrušujúce a naznačujú úlohu prozápalových mikroglií v mechanizmoch ochorenia, ktoré sú základom dlhého covidu, je potrebných viac štúdií na overenie týchto zistení a stavanie na nich.“

Nie je tiež známe, či má dlhý covid nezvratné účinky na mozog. Takže ako sa tempo dovoleniek a zimných aktivít v interiéri zvyšuje, Samudyata odporúča prijať preventívne opatrenia a mať aktuálne informácie o očkovaní, aby sa minimalizovala šanca na opakovaný výskyt COVID. Aj keď nie je jasné, ako má vírus škodlivé účinky na mozog, je zrejmé, že spôsobuje poškodenie.

Viac informácií:

SARS-CoV-2 promotes microglial synapse elimination in human brain organoids

Zdroj: https://www.nationalgeographic.com, zverejnené: 7. 12. 2022, autor: rpa