Nowinki z największej światowej Konferencji Medycyny Mitochondrialnej, czyli co nowego nas czeka w medycynie?
10th Targeting Mitochondria Congress, Berlin
Dzień dobry
Postęp w medycynie, który dokonywać się będzie w najbliższych latach związany jest z rozwojem nauk biochemicznych. W dotychczasowej historii rozwoju medycyny organizm traktowany był w dużej mierze jako "czarna skrzynka", na którą oddziałuje się różnymi lekami, czynnikami fizycznymi lub elektromagnetycznymi, a następnie obserwuje się jego reakcję. Czy określona substancja zadziałała leczniczo, czy szkodliwie? Czy jest bezpieczna? W miarę jak szczegóły funkcjonowania organizmu były przez naukę coraz lepiej poznawane, można było też coraz lepiej planować eksperymenty, by szukać nowych metod leczenia w różnych chorobach. Na wiele chorób znaleziono skuteczne metody terapii. Bardzo często znajdowane są jednak jedynie metody łagodzące objawy, gdyż przyczyny pierwotne ciągle pozostają nieznane. Bardzo wiele zaburzeń ciągle czeka na poznanie ich przyczyn. Są to zarówno różne niegroźne symptomy jak np. szum uszny czy jelito drażliwe, jak i bardzo poważne choroby, jak choroba Parkinsona, choroba Alzheimera, choroba Wilsona czy nowotwory.
Poznanie pierwotnych przyczyn tych i wielu innych chorób będzie możliwe po poznaniu szczegółowych mechanizmów biochemicznych, którymi komórki się komunikują i dokonują samoregulacji, tak by cały organizm funkcjonował optymalnie. Wiedza w tym zakresie podlega ostatnich dekadach bardzo intensywnemu rozwojowi i ukryta jest w bardzo licznych biochemicznych publikacjach naukowych. Jednym z wyzwań współczesnej nauki jest stopniowe dokonywanie syntezy tej wiedzy i wprowadzanie jej do świata medycznego.
Chcąc być na bieżąco z tym, co dzieje się na świecie, odwiedziłem w ostatnich dwóch latach konferencję Targeting Michochondria Congress 2019 i 2020, na którą zjeżdżają się biolodzy i biochemicy z całego świata, by podzielić się wynikami swoich najnowszych badań. Chciałbym się podzielić wrażeniami z tej konferencji.
Targeting Michochondria Congress Berlin 2019 i 2020.
Już czytając program konferencji i jadąc na nią wiedziałem, że będzie ciekawie, ale prezentowane treści przerosły moje wyobrażenia. Czułem się momentami jak w XXII wieku…
Ale po kolei...
Mitochondria
Mitochondria to takie malutkie organella wewnątrz naszych komórek, które produkują energię czyli wysokoenergetyczną cząsteczkę ATP. Uczestniczą one jednak w wielu licznych, innych procesach metabolicznych niezmiernie ważnych dla naszego zdrowia.
Najważniejszym chyba spośród nich jest uruchamianie apoptozy, czyli samoistnej śmierci komórki. Innymi słowy, w mitochondriach do pewnego zakresu uszkodzeń funkcjonują mechanizmy samoregulacyjne włączające regenerację, a po przekroczeniu określonego progu włączane są mechanizmy samodestrukcji całej komórki. Programowaniem automatów, które potrafiłyby się w ten sposób zachowywać zajmują się inżynierowie, matematycy i informatycy. Im nie trzeba tłumaczyć, jak trudnym problemem formalnym jest skonstruowanie algorytmu, który by potrafił w różnorodnych warunkach (bakterie, wirusy, toksyny, niedobory pokarmowe) wykryć, że dalsze naprawianie jest bezcelowe i trzeba dokonać samodestrukcji. Układy tego typu z definicji są dość niestabilne. Podjęcie decyzji o samodestrukcji związane jest koniecznością włączenia dodatnich sprzężeń zwrotnych (typu: A pobudza B, B pobudza A). To z kolei rodzi niebezpieczeństwo nieadekwatnego włączania tego typu mechanizmów w sytuacji gdy nie jest to niezbędne i to jest elementem rozwoju wielu chorób. Nawet nieduże zmiany w sile wzajemnych sprzężeń mogą skutkować bardzo dużą zmianą zachowania układu, a więc np. chorobą. Ma to jednak też swoją zaletę. Nawet nieduża zmiana siły wzajemnych sprzężeń może skutkować dużą poprawą kliniczną pacjenta, jeśli celnie trafi się we właściwy zaburzony element.
Wróćmy do mitochondriów. Są one do pewnego stopnia autonomicznymi strukturami, posiadają własne DNA, dzięki czemu same produkują niektóre swoje białka. Są jakby minibakteriami żyjącymi z resztą komórki w ścisłej symbiozie.
Bardzo dużo chorób, z którymi współczesna medycyna sobie słabo radzi, są to różne zaburzenia pracy mitochondriów, stąd terapie mitochondrialne to jeden z ważniejszych kierunków rozwoju medycyny. Są najbliższym zakrętem, który medycyna będzie przechodzić w najbliższych 20-30 latach. Rewolucja, jaka będzie miała miejsce, będzie równie duża, jak ta związana z odkryciem znieczulenia w 1846 r., czy penicyliny przez Fleminga i nie ma w tym przesady. Dlatego już dziś trzeba się na ten zakręt przygotować. Najłatwiej pokonuje się zakręt jadąc na czele peletonu… Medycyna mitochondrialna to jedna z najbardziej dynamicznie rozwijających się obecnie gałęzi medycyny z tym zastrzeżeniem, że na obecnym etapie zajmują się nią głównie biolodzy molekularni a nie lekarze. Baza aparaturowa i metodologiczna pozwala dziś zajrzeć do środka mitochondriów, kręcić filmiki, robić barwne fotografie… Stąd badania nad mitochondriami ruszyły w ostatnich latach naprawdę pełną parą.
O czym była mowa na konferencji?
W 2019 roku miała miejsce 10-ta edycja tej konferencji. Poprzednie odbywały się co roku w latach 2010-2019. To pokazuje, jak młoda jest to dziedzina wiedzy... Zjechało się na nią ponad 200 uczestników ze 140 ośrodków naukowych z całego świata. W trakcie 2 dni odbyło się 81 wykładów oraz wystawionych było ok. 60 posterów. Obrady odbywały się od 8.00 do 20.00 z niezbyt długimi przerwami na posiłki i kawę.
Większość wykładów musiała się streścić w 7 minutach, można sobie więc wyobrazić jak spieszyli się wykładowcy, by przekazać w telegraficznym skrócie wyniki swojej pracy badawczej w ostatnim roku. Tempo było bardzo duże. Ilość nowych informacji przeogromna. Większość doniesień dotyczyła poznawania różnych szczegółów pracy mitochondriów i tych nie będę tutaj opisywać, gdyż byłoby to ciekawe dla bardzo nielicznych. Część wykładów miała jednak istotny aspekt kliniczny i te chciałbym tu w skrócie przedstawić.
Najciekawsze nowinki:
- Przeszczepy mitochondriów. Uszkodzenia DNA mitochondrialnego to rzadkie zespoły genetyczne prowadzące do istotnych zaburzeń rozwojowych dzieci. Jedyną terapią jest wprowadzenie do komórek nowych zdrowych mitochondriów. Pierwsze eksperymenty tego typu zostały przeprowadzone na niedużej grupie dzieci z tego typu zespołami. Wyniki są bardzo zachęcające.
Okazuje się, że przeszczepianie mitochondriów będzie prawdopodobnie całkiem łatwe. Wystarczy je podać w zawiesinie dożylnie a one same wejdą do naszych komórek i się tam zaczną rozmnażać wypierając stopniowo populację starych, uszkodzonych. Oczywiście problemów do rozwiązania może być sporo, w tym szczególnie te związane ze zgodnością antygenową i dokładnością oczyszczenia wprowadzanego roztworu z innych organelli i białek. Kwestią otwartą jest, czy będzie to przeszczepianie mitochondriów od dowolnego dawcy, spokrewnionego dawcy, czy od samego siebie, po ich pozaustrojowym naprawieniu…
Prezentowano też wyniki eksperymentów z wszczepianiem dosercowym mitochondriów po zawałach serca. Tu również wstępne wyniki były pozytywne. Nie trzeba było ich wszczepiać do każdej komórki po kolei – same tam wchodzą, zagnieżdżają się i naprawiają komórkę. W przyszłości przeszczepy mitochondriów mogą być ważnym elementem terapii wielu różnorodnych chorób, w których z różnych przyczyn dochodzi do nagłego uszkadzania komórek (wirusy, toksyny, zawały). - Terapie promieniowaniem podczerwonym. Miedź zawarta w cytochromie IV (jedno z białek uczestniczących w produkcji energii) w skutek pochłonięcia kwantu promieniowania podczerwonego uwalnia przyłączony tlenek azotu (NO), który go nieco blokuje, przez co łańcuch oddechowy cytochromów może znowu swobodnie przewodzić protony i elektrony. Odblokowanie tego cytochromu jest to szczególnie istotne zaraz po udrożnieniu zatkanej tętnicy (reperfuzji), gdy ponowne dostarczenie tlenu paradoksalnie przynosi więcej szkód komórce niż samo niedotlenienie. Reperfuzja to bardzo złożony proces i prowadzonych jest bardzo wiele badań w tym zakresie, by zminimalizować skutki tego niekorzystnego zjawiska. Promieniowanie podczerwone może być więc istotnym elementem terapii zawałów i udarów mózgu. Szczegóły biochemiczne związane z uszkodzeniami po reperfuzji były omawiane również w wielu innych prezentacjach.
- Choroby zwyrodnieniowe układu nerwowego. Trwają prace nad nowymi lekami na takie choroby zwyrodnieniowe układu nerwowego jak choroba Parkinsona, choroba Alzheimera, pląsawica Huntingtona. Wstępne badania wskazują, że pod wpływem nowych leków celowanych w określone białka mitochondrialne cofają się np. wewnątrzkomórkowe złogi amyloidu pojawiające się w chorobie Alzheimera, zmniejsza się pula wolnego żelaza generującego stres oksydacyjny a komórka pod wieloma aspektami się regeneruje. Wejście tych leków na rynek za kilka-kilkanaście lat może być przełomem w leczeniu tych chorób. Trzeba jednak pamiętać, że ostateczna weryfikacja każdego leku to badanie kliniczne, w którym zostanie ocenione, czy nie ma on niewspółmiernych objawów ubocznych. W przypadku chorób układu nerwowego terapia musi być też wdrożona zanim choroba nie spowoduje w nim zbyt dużych spustoszeń.
- Przełom w chorobie Wilsona? Przedstawione zostały wstępne wyniki badań nad nową eksperymentalną terapią choroby Wilsona. Jest to choroba, w której w skutek mutacji jednego z białek uczestniczących z metabolizmie miedzi, komórka traci zdolność usuwania miedzi z komórek. Kumulacja miedzi prowadzi do degeneracji i śmierci komórek wątroby i mózgu. Pacjenci w tej eksperymentalnej terapii przychodzą co dwa miesiące na kilka dni do szpitala celem podania specjalnych bakterii „zjadających” miedź. Ściślej – pomagają one przedostać się miedzi do moczu a następnie być wydalonym poza organizm. Jest więc nadzieja dla osób z tą chorobą, że wciągu kilku-kilkunastu lat zakończy się etap eksperymentalny i metoda stanie się powszechnie dostępna.
- Zaburzenia mitofagii. Mitofagia to proces usuwania starych uszkodzonych mitochondriów, tak by mogły być zastąpione przez nowe, zdrowsze, również te przeszczepiane. W odniesieniu do niektórych chorób zwyrodnieniowych układu nerwowego wskazano na zaburzenia mitofagii. Wskazano, które białko jest odpowiedzialne za ten proces, jest więc już znany cel terapii tego rodzaju zaburzeń. Znalezienie leku, który będzie regulował ten zaburzony proces może jeszcze potrwać, jest to jednak raczej tylko kwestią czasu.
- Cukrzyca. Omówione zostały powiązania dysfunkcji mitochondriów z cukrzycą i rozwijaniem się oporności cukrzycowej. Regeneracja mitochondriów to jeden z kluczy do przywrócenia prawidłowej wrażliwości tkanek na insulinę. Badania wskazują, że jednym z celów w terapii insulinooporności jest zmniejszenie nadmiernej aktywności cytochromu I.
- Mikrobiota jelitowa. Ciekawe, jakkolwiek bardzo wstępne wykłady, miały miejsce na temat powiązania mikrobioty jelitowej z funkcjonowaniem mitochondriów i komórek. Przykładowo – przedstawione zostało oddziaływanie dwóch związków produkowanych przez bakterie jelitowe na pewne szczegóły pracy mitochondriów. Przedstawiono też, że pewne aspekty regulacji pracy mitochondriów zależą w mniejszym stopniu od genetyki a w większym stopniu od flory jelitowej. Badania nad mikrobiotą to skądinąd również jedna z innych, bardzo pionierskich i intensywnie rozwijających się dziedzin medycyny…
- Nano-terapie mitochondrialne. Omówione zostały nowe nano-cząsteczki, które pozwalają wprowadzać do mitochondriów różne pożądane substancje.
- Owrzodzenia podudzi. Omówione zostały badania nad rolą mitochondriów w leczeniu przewlekłych owrzodzeń podudzi. Zaprezentowane zostały nowe pomysły, jak przyspieszać i poprawiać regenerację mitochondriów, a przez to i tkanek, w tego typu chorobach.
- Oddział Intensywnej terapii. Istotnym problemem w życiu codziennym współczesnego lekarza jest monitorowanie i ocena pracy mitochondriów pacjenta. Przedstawiona została nowa metoda monitorowania pewnych parametrów organizmu, które pośrednio wskazują na stan funkcjonowania mitochondriów u tych chorych. Otwiera to nowe drzwi do lepszej optymalizacji terapii pacjentów na oddziałach szpitalnych.
- Stres oksydacyjny czyli wytwarzanie groźnych tzw. wolnych rodników tlenowych to pochodna produkcji energii w mitochondriach. Jest normalnym zjawiskiem, jeśli nie przekracza określonego poziomu. Pojawia się on w bardzo wielu zaburzeniach ich pracy. Wskazano na powiązania stresu oksydacyjnego z rozwojem rozedmy płuc.
- Stężenie wapnia w komórce i w mitochondriach to jeden z bardzo ważnych parametrów stanu komórki. Jest ono niezmiernie małe (ponad 1000x mniejsze niż we krwi), jednak musi być bardzo precyzyjnie regulowane. Na wypompowywanie wapnia z mitochondriów i z komórki zużywana jest spora część produkowanej energii. Gdy brakuje energii, stężenie wapnia wzrasta, co jest bardzo niebezpieczne. Przedstawione zostały powiązania zaburzeń gospodarki wapniowej w mitochondriach z kardiomiopatią na tle nadciśnienia tętniczego.
- Zespół Downa. Wszyscy wiemy, czym jest zespół Downa. Genetycznie spowodowany jest on nadmiarem genetycznym - w komórkach są nie 2 lecz 3 chromosomy '21'. Wykazano, że w z tego powodu wytwarzane jest zbyt dużo siarkowodoru (H2S), który powstaje z aminokwasu cysteiny. W bardzo małych stężeniach jest on niezbędny i reguluje pewne aspekty pracy komórki. Nadmiar siarkowodoru blokuje produkcję energii w mitochondriach, przez co osoby z tym zespołem gorzej się rozwijają. Wydaje się, że znalezienie leku, który będzie przyblokowywać ten enzym to kwestia czasu. Daje to nadzieję na przyszłą terapię osób z tym zespołem, trudno jednak dziś powiedzieć, w jakim stopniu poprawi to ich rozwój i funkcjonowanie. Trzeba pamiętać, że nie można zbyt mocno wyhamować tego enzymu, gdyż siarkowodór jest w komórce niezbędny. Może się też okazać, że nadmiarowych białek do wyhamowania w tym zespole będzie więcej.
- Terapia wodorem. Wodór cząsteczkowy, podobnie jak siarkowodór, to cząsteczka, która ma dużą zdolność do regulacji wielu zaburzonych procesów w komórce. W szczególności zmniejsza on poziom stresu oksydacyjnego i pobudza procesy regeneracji. W ostatnich 10 latach pojawiło się niezmiernie dużo publikacji naukowych badających jego właściwości zarówno na poziomie molekularnym, jak i klinicznym - na pacjentach. Podstawowy przegląd badań w tym zakresie był tematem mojego skromnego wystąpienia posterowego. Wodór to prosta cząsteczka bardzo łatwo przenikająca do wszystkich zakamarków komórki. Można ją też bardzo łatwo aplikować w inhalacji lub wodzie nasyconej wodorem. Prawidłowo stosowany nie jest niebezpieczny (zarówno w sensie ryzyka eksplozji w kontakcie z tlenem jak i przedawkowania). Badania wskazują, że aplikacja wodoru u pacjentów po zawale serca zmniejsza obszar martwicy m.in. poprzez zmniejszenie poziomu stresu oksydacyjnego będącego głównym czynnikiem prowadzącym do śmierci komórki w skutek zatkania tętnicy przez zakrzep. Warto więc kontynuować badania w tym zakresie, gdyż potencjalnie może on być podawany pacjentowi już na etapie transportu do szpitala w karetce pogotowia.
Przegląd powyższych doniesień daje obraz przyszłych zmian, jakie będą zachodzić w medycynie. Otwiera to drogę do nowego etapu rozwoju medycyny, jakim będzie medycyna regeneracyjna. Poznanie mechanizmów uszkadzania się komórek pozwala już dziś w pewnym zakresie wspomagać terapie wielu różnych chorób. Tzw. medycyna mitochondrialna oparta jest o najnowsze doniesienia naukowe z dziedziny patobiochemii, które w najbliższych latach będą stopniowo penetrować do świata medycznego.
Więcej informacji można znaleźć na stronie konferencji:
Zapraszam na moją stronę internetową, by zapoznać się z moją propozycją spojrzenia na medycynę.
Zapraszam też wszystkich do zapisania się do mojego bezpłatnego Biuletynu Zdrowia, w którym dzielę się z wszystkimi różnymi ciekawymi przemyśleniami z zakresu medycyny, a w szczególności dotyczącymi:
- przyczyn rozwijania się chorób;
- przetłumaczenia Teorii 5 Elementów Medycyny Chińskiej na język patofizjologii, patobiochemii i biofizyki;
- interpretacji wyników w wybranych chorobach.
biuletyn-zdrowia.pl
Pozdrawiam serdecznie
Krzysztof Michalak
dr med. lek. neurolog inż. informatyk
Laboratorium Fizyki Widzenia i Optometrii
Wydział Fizyki
Uniwersytet Adama Mickiewicza w Poznaniu
ul. Uniwersytetu Poznańskiego 2, 61-614 Poznań
gabinet:
Holistic Medicine
Krzysztof Michalak
ul. J.H. Dąbrowskiego 353,
60-419 Poznań
