Grupa Badawcza Onkologii Neurofizjologicznej
Tematyka badawcza
Badania prowadzone przez Grupę Badawczą Onkologii Neurofizjologicznej łączą neurobiologię z onkologią. Naszym celem jest zrozumienie neurogennej regulacji procesów nowotworzenia i związanego z tym bólu.
Stosując najnowocześniejsze techniki (m.in. obrazowanie optyczne in vivo, elektrofizjologię i optogenetykę), selektywnie monitorujemy i modulujemy aktywność genetycznie zdefiniowanych populacji neuronów, aby zbadać ich wpływ na biologię nowotworu. Dążymy do opracowania innowacyjnych terapii raka i związanego z nim bólu, bazujących na głębokim zrozumieniu układu nerwowego.
Neurobiologia nowotworów
Szlaki neuronalne biegnące z mózgu do rdzenia kręgowego wpływają na odczuwanie bodźców somatycznych. Regulują one aktywność rdzeniowych i pierwotnych neuronów czuciowych, umożliwiając mózgowi precyzyjne dostosowanie poziomu sygnałów przekazywanych przez rdzeń oraz kontrolę obwodową za pomocą mechanizmów neurogennych.
Co istotne, między układem nerwowym a nowotworem istnieje stały dialog. Na przykład odnerwienie guza może spowolnić lub nawet zahamować jego wzrost. Neuropeptydy uwalniane przez peptydergiczne nocyceptory stymulują neowaskularyzację nowotworów i wspomagają nadzór immunologiczny nad komórkami nowotworowymi. Co więcej, nowotwory we wczesnych stadiach rozwoju zwykle nie wywołują bólu. Uważamy, że presynaptyczna modulacja zakończeń czuciowych w ośrodkowym układzie nerwowym to kluczowy element nie tylko dla nocycepcji i kontroli bólu, ale także innych aspektów (patro)fizjologii.
Może ona bowiem stanowić neuroimmunologiczne połączenie z obwodem, szczególnie istotne w kontekście neurogennej regulacji zmian nowotworowych i immunologicznych w tkankach obwodowych. Ponieważ rozwój nowotworów jest regulowany przez czynniki neurogenne, kontrola aktywności neuronów może doprowadzić do opracowania nowej klasy leków przeciwnowotworowych.
Elastyczność percepcyjna, ból i nocycepcja
Ludzki mózg to niezwykle potężny organ, zdolny do reinterpretacji natury bodźców czuciowych. Ten sam bodziec może być odczuwany jako bardzo bolesny lub ledwie drażniący – w zależności od okoliczności, np. rana boli bardziej w domu niż na polu bitwy (Beecher, 1946). U podstaw tej elastyczności percepcyjnej leży zstępująca kontrola modulacyjna – obwody nerwowe wpływające na aktywność neuronów projekcyjnych rdzenia kręgowego, które integrują całość wstępujących informacji somatosensorycznych z obwodu.
Modulacja nocycepcji może być osiągnięta także poprzez bezpośredni wpływ zstępujących dróg mózgowych na zakończenia centralne pierwotnych aferentów. W ten sposób mózg może „regulować poziom bólu” przekazywanego przez rdzeń kręgowy – to pierwszy punkt kontrolny, w którym nocycepcja może być centralnie modulowana, co czyni go atrakcyjnym celem dla terapii przeciwbólowych. Dodatkowo, zakończenia centralne pierwotnych aferentów są także pod wpływem lokalnych obwodów rdzeniowych, które same podlegają zstępującej modulacji.
Ze względów technicznych, presynaptyczna kontrola cienkozmielinizowanych aferentów (nocyceptorów) była dotąd słabo zbadana, mimo że odgrywa kluczową rolę w zrozumieniu mechanizmów nocycepcji oraz neurogennej kontroli nowotworów i odpowiedzi immunologicznej. Dzięki nowym technologiom możliwe jest przeprowadzenie bezprecedensowych analiz biofizycznych funkcjonowania tych zakończeń, z celem opracowania nowych leków przeciwbólowych.
Nasze podejście
W naszej pracy łączymy wysokoprzepustową elektrofizjologię in vivo (np. Neuropixels) i obrazowanie wapniowe (Miniscopy, mikroskopia dwufotonowa) z opto- i chemogenetyczną modulacją precyzyjnie zdefiniowanych genetycznie i anatomicznie szlaków neuronalnych. Rejestrujemy aktywność neuronów rdzeniowych i obwodowych oraz korelujemy ją z zachowaniem zwierząt, stosując zaawansowaną analizę wspieraną przez metody uczenia maszynowego. Naszym celem jest powiązanie funkcjonowania sieci neuronalnych z możliwością wpływania „z góry” (top-down) na nocycepcję i procesy nowotworowe.
Zmiany w guzie i jego mikrośrodowisku analizujemy z wykorzystaniem najnowocześniejszych technologii: trójwymiarowej rekonstrukcji nowotworu (technika przezroczystości tkanek i obrazowanie światłem warstwowym), cytometrii przepływowej (FACS), sekwencjonowania RNA (RNAseq) oraz wysokoprzepustowej spektroskopii. Dzięki współpracy z ośrodkami na całym świecie, nasze podejście znajduje zastosowanie również w praktyce klinicznej – poprzez testy somatosensoryczne, badania MRI/PET i tomografię komputerową (CT).
