Największy na świecie bank mózgów znajduje się w Polsce. Wkrótce każdy będzie mógł poznać jego zasoby [RELACJA]

Wchodzimy do piwnicy. Uderza nas chłód klimatyzacji i drażniący zapach formaliny. Na długich i wysokich metalowych regałach spoczywają… pudełka śniadaniowe. Spodziewaliśmy się staroświeckich słojów, ale plastikowe opakowania są zapewne praktyczniejsze, choć nie tak fotogeniczne. Jest ich tu przeszło 6 tysięcy. Oprowadzający nas dr Tomasz Stępień bierze do ręki jedno z pudełek i zdejmuje pokrywkę. W mętnym roztworze leży mózg, ku naszemu zaskoczeniu – pocięty w plastry. W dwóch warstwach rękawiczek delikatnie biorę do ręki jeden z nich – jest dość twardy i sprężysty. Nie wiem, do kogo należał ani na co zmarł jego właściciel, bo personalia znajdują się jedynie w protokołach sekcji zwłok. Ale z pewnością trafił tu prosto z sekcji.

SEKCJA

Otoczony trzema oponami, amortyzowany płynem mózgowo-rdzeniowym, zamknięty w twardej czaszce, mózg to najtrudniej dostępny i najlepiej chroniony z organów. By go wyjąć, patolog odcina sklepienie czaszki i ostrożnie wyjmuje mózg w całości. Jest tak delikatny, że można by go wybrać łyżeczką, jak dojrzałe awokado. Musi więc od razu trafić do naczynia z formaliną, by się utrwalić. Po 14 dniach leżakowania w roztworze nie przypomina już gąbczastej galarety, staje się bardziej sprężysty, jak plaster ananasa.

Neuropatolog może przystąpić do sekcji. Najpierw ocenia wygląd zewnętrzny i opisuje widoczne zmiany. Gołym okiem może dostrzec blaszki miażdżycowe w naczyniach, krwotoki świadczące o udarach czy zaniki będące oznaką chorób neurodegeneracyjnych. Potem kroi mózg na centymetrowe plastry, bo na przekrojach ujawniają się bardziej dyskretne zmiany (przerzuty, rozmiękczenie, niedokrwienie, krwotoki). Następnie pobiera wycinki z wybranych struktur i zatapia je w parafinie. Z bloczków przypominających kostki mydła odcina specjalnym urządzeniem – mikrotomem – cienkie skrawki grubości pięciu mikronów i umieszcza je na szkiełkach. Powstały preparat barwi w zależności od potrzeb, aby uwidocznić konkretne zmiany, następnie analizuje go pod mikroskopem.

– Większość chorób pozostawia swój ślad w mózgu – wyjaśnia prof. Teresa Wierzba-Bobrowicz, kierownik Zakładu Neuropatologii Instytutu Psychiatrii i Neurologii w Warszawie, konsultantka wojewódzka z neuropatologii. – Na przykład w chorobie Alzheimera widzimy tzw. blaszki starcze oraz zwyrodnienia neurowłókienkowe (jedne i drugie są złogami białek). W chorobie Parkinsona obserwujemy ubytki neuromelaniny w śródmózgowiu i ciała Lewy’ego w neuronach. Natomiast wirusowe choroby uwidaczniają się m.in. w zapalnych naciekach okołonaczyniowych. Całość obserwacji wraz z danymi klinicznymi pozwala na postawienie rozpoznania neuropatologicznego – wyjaśnia profesor.

PRZECHOWALNIA

Wycinki są częścią dokumentacji medycznej i według prawa muszą być przechowywane ok. 20 lat (w zależności od wieku i choroby) w miejscu postawienia rozpoznania lub
hospitalizacji pacjenta, jednak w Zakładzie Neuropatologii niczego się nie niszczy. – Guz mózgu może przecież odrosnąć, a choroba neurozwyrodnieniowa ujawnić się u członków rodziny – mówi prof. Wierzba-Bobrowicz. Badania molekularne rozwijają się w szybkim tempie, powstają nowe metody diagnostyczne i terapie. Naukowcy mogą je przetestować na zmienionych chorobowo tkankach pobranych od pacjenta. To chroni go przed niekorzystnymi skutkami eksperymentalnych terapii i jest zawsze lepsze niż
modelowanie na zwierzętach ze względu na znaczne różnice w budowie mózgów, także na poziomie molekularnym. – Zawsze wypożyczamy bloczki na prośbę lekarza prowadzącego danego pacjenta lub rodziny, wysyłamy je też za granicę, bo chorzy szukają pomocy na całym świecie – mówi prof. Wierzba-Bobrowicz.

Z kolei naukowcy nieustannie szukają mózgów do badań, które mogłyby przyczynić się do stworzenia nowych leków i terapii. Każdy zbiór tkanek ma dla nich olbrzymią
wartość. Najbardziej znany bank mózgów na świecie (Harvard Brain Tissue Resource Center) znajduje się na Uniwersytecie Harvarda. Mało kto jednak wie, że w Polsce jest podobna, równie imponująca kolekcja. Założyła ją prof. Ewa Osetowska, matka polskiej neuropatologii, w 1952 roku po powrocie z Belgii. Odbywała staż w Bunge Research Institute u prof. Ludo van Bogaerta, słynnego neuropatologa, który zainteresował się tą dziedziną po doznanym na wojnie urazie rdzenia kręgowego. – W Polsce nie było jeszcze tej specjalizacji, niektórzy chirurdzy po prostu potrafili operować na mózgu – wyjaśnia prof. Wierzba-Bobrowicz. Prof. Bogaert przekazał polskiej uczonej swoją wiedzę oraz „przepis” na prowadzenie archiwum mózgów.

ROZMOWA PROJEKT DIGITAL  BRAIN – SZTUCZNA INTELIGENCJA NIE WYSTARCZY

Badania prowadzone na zasobach archiwum mózgów umożliwią stworzenie nowych leków przyspieszających produkcję neuronów – mówią naukowcy z Instytutu Psychiatrii i Neurologii w Warszawie: prof. Teresa Wierzba-Bobrowicz i dr Tomasz Stępień

Na czym polega projekt Digital Brain?

T.S.: Na przekształceniu naszego archiwum mózgów na formę cyfrową. Naszą ideą było to, aby studenci, którzy chcą się nauczyć, a także lekarze i naukowcy, którzy prowadzą badania lub mają na nie pomysły, mieli łatwy dostęp do materiału badawczego. Będą mogli przeglądać nasze zasoby, korzystając z wyszukiwarki, która przefiltruje zbiory pod kątem konkretnych chorób, struktur, wieku lub płci pacjenta. Jeśli znajdą odpowiedni materiał, będą mogli od razu go zamówić do badań. Projekt rozpoczął się w sierpniu 2018 roku, platforma ruszy w sierpniu 2021. Jesteśmy na etapie digitalizacji, na nasze potrzeby tworzony jest software.

Kto to finansuje?

T.S.: Na projekt Digital Brain dostaliśmy 7 374 959,91 zł. Przeszło 6 mln pochodzi ze środków europejskich oraz ponad milion z budżetu państwa. Wspiera nas dyrekcja IPiN. Współpracujemy z Centrum Projektów Polska Cyfrowa i Ministerstwem Cyfryzacji. Jesteśmy członkiem Polskiej Sieci Biobanków utworzonej przy Konsorcjum Biobankowym BBMRI.pl, która pozyskuje środki na finansowanie, rozliczanie i prowadzenie badań naukowych, wdrażanie ich wyników przy zachowaniu zasad etycznych, przepisów prawnych, zachowując najwyższy standard procesów technologicznych, wysokiej jakości ludzkiego materiału biologicznego i powiązanych z nim danych.

Czy w dobie algorytmów i sztucznej inteligencji tkanki są wciąż konieczne do prowadzenia badań?

T.S.: Fragmenty mózgów i bloczki parafinowe są wciąż konieczne do badań, które przybliżają nas do znalezienia przyczyn wielu chorób. Te badania to metody histologiczne, immunohistochemiczne, cytogenetyczne czy też inne techniki molekularne badające zmiany w DNA lub RNA, które musimy wykonać na konkretnym materiale biologicznym. Przewidujemy jednak, że duża grupa odbiorców nie będzie zainteresowana materiałem fizycznym tylko jego cyfrowym obrazem. Digitalizując nasze archiwum, stworzymy wspaniałą bazę dla potrzeb nauki. Mając pod ręką największe archiwum mózgów na świecie zapewne prowadzicie też wlasne badania?

T.S.: Realizujemy projekty badawcze, współpracujemy z różnymi ośrodkami w Polsce i za granicą. Badaliśmy choroby neurozwyrodnieniowe i naczyniopochodne, a teraz zajmujemy się neurogenezą (tworzeniem się nowych neuronów) w mózgach dorosłych ludzi. Od czasu odkryć Ericksona w latach 80. XX w. wiadomo, że nowe neurony produkowane są w dwóch rejonach: warstwie podwyściółkowej komór bocznych i w zakręcie zębatym płata skroniowego. Nawet jeśli mamy gorszy dzień, chorujemy na parkinsona, to komórki nerwowe w mózgu i tak powstają przez całe życie. My sprawdzamy, co hamuje, a co przyspiesza ten proces.

I co odkryliście?

T.S.: Badając mózgi pacjentów zmarłych w wyniku udaru krwotocznego lub niedokrwiennego, wykryliśmy młode neurony w obu miejscach wskazanych w procesie neurogenezy. Nasze badania na grupie pacjentów po udarze krwotocznym jasno wskazują, że ilość nowo powstających neuronów w zakręcie zębatym hipokampa znacząco rośnie, co tłumaczyliśmy niedotlenieniem.

Z literatury wiemy, że produkcję neuronów stymuluje niskokaloryczna dieta, a nawet procesy patologiczne, stan zapalny czy napad padaczkowy. Oczywiście, długo trwający proces niedokrwienia prowadzi do obumierania komórek, lecz w pierwszej fazie stymuluje wytwarzanie neuronów. Z kolei proces ten jest hamowany przez stres (uruchamia kaskadę zdarzeń, które prowadzą do śmierci komórek), a także przyjmowanie wysokich stężeń substancji psychoaktywnych z alkoholem włącznie.

Czy te ustalenia mogą przyczynić się do powstania leków, które będą stymulowały produkcję neuronów?

T. W-B.: Zapewne tak, ludzie lubią iść na skróty. Jednak najlepszy dobrostan naszym komórkom nerwowym możemy zapewnić sobie sami. Mamy ich bardzo dużo, 1011, czyli tyle co galaktyk, a wykorzystujemy je w znikomym stopniu. Więc to nie w liczbie tych komórek leży problem, lecz w połączeniach synaptycznych i w neuroprzekaźnikach oraz utrzymaniu prawidłowego ukrwienia/ odżywienia mózgu.

Czy w mózgach odzwierciedla się nasz styl życia?

T. W-B.: W szybkim tempie przybywa chorób neurozwyrodnieniowych. Jest też znacznie więcej udarów krwotocznych i niedokrwiennych oraz w ogóle chorób naczyniopochodnych i to w dużo młodszym wieku. Główne przyczyny to: wyczerpująca praca, stres, zła dieta bogata w tłuszcze trans, brak ruchu.

Jak zatem żyć, by mieć zdrowy mózg?

T. W-B.: Myślę, że trzeba żyć wesoło. Wykonywać pracę, którą się kocha i zachować odpowiednie proporcje między nią a odpoczynkiem. Mieć przyjaciół, jeść zdrowo i niedużo. Ale najczęściej to utopia, więc warto chociaż zachować w komfortowym stanie nasze mikronaczynia w mózgu, których funkcjonowanie zależy w dużym stopniu od genów. Możemy jednak wpłynąć na ich stan poprzez ruch, dietę o niskim indeksie glikemicznym oraz sen, podczas którego z mózgu wydalane są szkodliwe białka. Czyli żyć tak, aby jak najlepiej wykorzystać swój genetyczny potencjał.

Z czasem uczeń przerósł mistrza, a zbiór zainicjowany przez prof. Osetowską rozbudowywali jej następcy, świadomi tego, jaką wagę takie archiwum może mieć dla nauki. Moi rozmówcy przyznają, że były to osoby zaangażowane w swoją pracę, odważne, chcące się uczyć, niebojące się ryzyka.

BAZA DLA NAUKOWCÓW

Archiwum mózgów działa w niezmienionej formie do dziś. Mieści się w jednym z budynków na terenie Instytutu Psychiatrii i Neurologii w Warszawie (dokąd w 1972 roku przeniesiono je z Tworek), a pieczę nad nim sprawuje Zakład Neuropatologii. Znajduje się tu około 6 tys. mózgów we fragmentach, ale także biopsje guzów, wycinki skóry i mięśni. Olbrzymi zbiór to efekt uboczny wieloletniej pracy diagnostycznej prowadzonej w Zakładzie Neuropatologii. Trafiają tu bowiem nie tylko mózgi osób zmarłych (w celu ustalenia przyczyny zgonu), ale także wycinki pobrane podczas operacji (w celu postawienia rozpoznania). – Nie słyszeliśmy o większej kolekcji na świecie – mówi prof. Teresa Wierzba-Bobrowicz. – Dysponujemy materiałem badawczym, który obejmuje głównie choroby naczyniopochodne, neurozwyrodnieniowe, metaboliczne oraz psychiatryczne. Jest tu przeszło 100 mózgów pacjentów z chorobą Creutzfeldta-Jacoba, wiele przypadków pląsawicy Huntingtona, choroby Alzheimera, Parkinsona, Wilsona, zespołu Downa, różne choroby psychiczne i choroby dziecięce, a także mózgi od pacjentów z bardzo rzadkimi mutacjami w białkach – dodaje adiunkt dr Tomasz Stępień.

Już w latach 70. archiwum mózgów stanowiło bazę naukową dla neuropatologów, którzy pracowali w Polsce lub wyjechali za granicę. – Wiadomo, że badania nad związkiem
pomiędzy chorobą Parkinsona i brakiem dopaminy w komórkach nerwowych pnia mózgu doprowadziły do opracowania właściwej terapii – leku L-DOPA. Banki mózgów były też nieocenione w przypadku badań nad demencją, chorobą Alzheimera, Creutzfeldta-Jacoba – wyjaśnia dr Stępień. – W przypadku chorób psychicznych badanie połączeń mózgowych występujących w stanach depresji i zaburzeń obsesyjno-kompulsywnych dostarcza wskazówek, w jaki sposób najkorzystniej dobrać terapię w zależności od zaangażowanych systemów neuronalnych. Oczywiście każdy przypadek medyczny jest inny, jednak pewne choroby charakteryzują te same zmiany

CYFROWY KATALOG

Z zasobami archiwum mózgu można zapoznać się w siedzibie IPiN, w określonych godzinach, po złożeniu wniosku i umówieniu się. Dla wielu osób to bariera nie do pokonania.
Aby usprawnić pracę zainteresowanych stron i zwiększyć wykorzystanie archiwum, postanowiono przenieść mózgi do… internetu. – Tkanki zostaną sfotografowane, a preparaty zeskanowane i umieszczone w specjalnie tworzonym portalu wraz z opisami struktur zatopionych w parafinie i protokołami rozpoznania klinicznego i neuropatologicznego w języku polskim i angielskim. Tworzymy takie cyfrowe archiwum mózgów jako pierwsi na świecie – mówi dr Tomasz Stępień, koordynator projektu Digital Brain. Zbiory będą
 udostępnione nieodpłatnie, w otwartych formatach i bez rejestracji. Łatwo będzie też można zamówić konkretny wycinek do badań. Baza będzie też stanowić praktyczne źródło wiedzy dla studentów i wykładowców.

Nieograniczony dostęp do zasobów zyskają też – po raz pierwszy – zwykli ludzie, którzy będą mogli wykorzystać je do swoich potrzeb. Może mieć niespodziewane konsekwencje – niejeden amator w historii odkrył coś ciekawego. Trzeba tylko dać mu szansę.