Agyba juttatott vírusok segíthetnek az autizmus gyógyításában

A Nemzeti Agykutatás Program harmadik felvonásában az ön vezetésével zajlik „Az amigdaláris vazopresszin hozzájárulása az autizmus spektrumzavar kialakulásához” címmel egy kutatás a Pécsi Tudományegyetemen. Az autizmus sok családot érint Magyarországon is, de talán kevesen tudják, miért a vazopresszin áll egy ilyen kutatás fókuszában.

Az autizmus nagyon intenzíven kutatott terület. Nyolc évvel ezelőtt, amikor a Kísérleti Orvostudományi Kutatóintézetből a Pécsi Tudományegyetemre kerültem, én is bekapcsolódtam az itt folyó, autizmussal kapcsolatos állatmodelles kutatásokba. A nagydoktori témám a vazopresszin és annak mindenféle szociális és egyéb viselkedésben játszott szerepe volt. Innen jött az ötlet, hogy nézzük meg, mi köze lehet a vazopresszinnek az autizmushoz, a szociális viselkedés kóros zavaraihoz.

Az oxitocin szociális viselkedésben betöltött szerepe jobban ismert, pedig ezek nagyon hasonló molekulák: mindkét hormon kilenc aminosavból áll, és csak két aminosavban különböznek. Az oxitocin mint a szülést elősegítő hormon sokak számára ismerős lehet. Azaz az oxitocin bizonyos mértékben a nőkhöz köthető. Az autizmusról viszont tudjuk, hogy a fiúk körében gyakoribb. A hím állatok agyában pedig a vazopresszin szintje magasabb, mint a nőstényekében. Úgyhogy felmerült bennünk, hogy egy személyre szabott, nemtől függő terápiának lehetne ez az alapja: elképzelhető, hogy a nőknél oxitocinnal tudjuk ugyanazt elérni, amit a férfiakban, illetve mi a hím állatainkban vazopresszinnel.

Miért pont erre a meghatározott agyterületre, az amigdalára irányult a figyelmük?

A vazopresszin speciális tulajdonsága, hogy miközben a vesében, illetve az egész testben a vízvisszatartást serkenti, diffúzióval eljut más agyterületekre, így az amigdalába is, és ott képes befolyásolni az idegsejtek működését. Az amigdala az érzelmi és szociális viselkedés szempontjából releváns információk feldolgozásának egyik központja, amelyek központi elemei az autizmus spektrumnak. Így adódott az ötlet, hogy talán az amigdaláris vazopresszinre kellene koncentrálnunk.

Valójában nem mi vagyunk az elsők, akikben felmerült, hogy a vazopresszinnek (melyet más néven antidiuretikus hormonnak is hívnak) szerepe lehet az autizmusban. Ezen a téren több klinikai kutatás is zajlik a világban. A vazopresszin egyébként egyszerű, orrspray formában adható gyógyszerként is létezik, illetve a vízháztartás szabályozásában fontos hormonként gyerekeknek szokták adni az éjszakai vizelettartási problémák kezelésére. Mint minden molekulának, a vazopresszinnek is vannak receptorai, így a különféle hatásait szelektíven lehet befolyásolni. Az agyban és ezáltal az autizmusban fontos viselkedési problémákban elsősorban a V1a receptornak lehet szerepe, ami viszont a periférián, az erekben hatva megemelheti a vérnyomást. Így nemcsak a vazopresszin, hanem a specifikusabb V1a receptorok teljes testünkben való manipulálása is nem kívánt mellékhatásokhoz (pl. a só- és vízháztartás zavaraihoz, vérnyomásproblémákhoz) vezethet. Ezért merült fel bennünk, hogy célzottan, az autizmusban érintett folyamatokban szerepet játszó amigdaláris agyterületre koncentráljunk.

Hogyan függ össze a fiúknál az amigdaláris vazopresszin szintje az autizmussal?

Nem arról van szó, hogy az autistákban több vazopresszin lenne, hanem hogy a fiúkban több vazopresszin van, mint a lányokban, és ez arra utal, hogy esetleg a vazopresszinrendszernek valamilyen szinten fontosabb, aktívabb szerepe lehet a fiúkban diagnosztizált autizmus kialakulásában. Azt feltételezzük, hogy a vazopresszinrendszer befolyásolása a fiúkban nagyobb hatást tud kiváltani, mint a lányokban. Lehet, hogy a terápiában ez majd úgy néz ki, hogy az erre alapozott kezelés nem minden autistánál egyformán, hanem inkább a fiúk esetében lesz hatásos.

Mi lehet ennek a klinikai jelentősége? Ha beveszünk egy gyógyszert, az nem a teljes szervezetünkre fog hatni?

Valóban, a szájon át, de akár az izomba vagy vénásan adható gyógyszerek az egész szervezetünket befolyásolják. Azonban a vazopresszin amigdalában történő befolyásolása nem csak a mechanizmus megértése miatt, azaz kutatási szempontból érdekes. A klinikum ma már ott tart, hogy akár vírusvektorokkal is be lehet vinni célzottan géneket a szervezetbe, és ezekkel meghatározott agyterületek speciális (például vazopresszintermelő) sejtjeit lehet manipulálni. Az agyunk ebből a szempontból nagyon jó célpont, hiszen más szerveink sejtjeivel ellentétben az idegsejtek jóval kisebb számban és lassabban osztódnak, így egy egyszeri injekcióval is hosszan tartó hatást tudunk elérni, az extra genetikai információ nem „mosódik ki” belőlük.

Zelena Dóra, az MTA doktora Fotó: MTA

Nem a „science fiction” kategóriába tartozik ma már, hogy egy klinikai kórképben egy bizonyos agyterületre való vírusvektor-injekcióval azt az adott területet manipuláljuk, és ezzel pozitív hatásokat érünk el. A vírusvektorokkal történő klinikai vizsgálatok, ideggyógyászati terápiák már tíz évvel ezelőtt is százával zajlottak. Például 2019-ben a nagy sajtóvisszhangot kapott, izomsorvadásos (SMA) kisfiú, Zente is egy hatóságilag engedélyezett génterápiát kapott (Zolgesma), amelyben szintén vírusvektor van, bár ezt vénás úton juttatták a szervezetébe. A meghatározott agyterületre bejuttatott vírusvektor-injekcióval sok klinikai próbálkozás történt Parkinson-kórban is. A módszer tehát adott. Ha mi az állatkísérletes vizsgálatainkkal be tudjuk bizonyítani, hogy ennek az agyterületnek és a vazopresszinnek fontos szerepe lehet az autizmus kezelésében, akkor ez később akár klinikai alkalmazást is nyerhet.

Most tart nagyjából félidőben a projekt, mit sikerült eddig megvalósítani a tervekből?

A projekt első felében a kutatási modell beállításán dolgoztunk. Az állatokkal való foglalkozás mindig nehéz, ugye, az ember tervez, az állat meg vagy csinál valamit, vagy nem. Először is be kellett szereznünk a kísérletekhez szükséges patkánytörzseket, etikai engedélyeket. Genetikailag módosított állatokat használunk, amelyeket egy német partner bocsátott nagylelkűen a rendelkezésünkre. Ugyanakkor a saját törzsünkben is igazolnunk kellett mind a génmódosítás, mind a megfelelő magatartás jelenlétét. A patkánytörzs okozta nehézségek miatt elkezdtünk zebrahalakkal is dolgozni. Meglepő, de nagyon hasonló magatartási eltéréseket (pl. a szociális kapcsolatok zavarát) lehet bennük is kiváltani, mint amilyenek az emberben, terhes anyáknál alakulnak ki. Vizsgálataink során két irányból közelítjük meg a témát: egyrészt autizmushoz hasonló tüneteket mutató állatokban az amigdaláris vazopresszinben bekövetkező változásokat igazoljuk, másrészt a vazopresszin- (halakban vazotocin-) rendszer gyógyszeres és genetikai úton való befolyásolását valósítjuk meg zebrahalakban és patkánymodellünkben egyaránt, utóbbit a korábban említett vírusvektorok segítségével. Ezzel párhuzamosan a vazopresszin autizmussal való kapcsolatát a hiányában kialakuló korai kommunikációs zavar meglétével is bizonyítottuk. Amikor elválasztjuk az anyától a kicsinyeit, akkor ők hívják az anyát, méghozzá a kispatkányok ultrahangtartományban kommunikálnak. A vazopresszinhiányos állatainkban ez a kommunikáció egyértelműen rosszabbnak bizonyult. Ők nem foglalkoznak azzal, hogy elválasztották őket az anyjuktól, elvannak magukban, nem hívják az anyjukat, autisztikus viselkedést mutatnak. Antipszichotikumok segítségével helyre tudjuk állítani ezt a kommunikációt, tehát valamifajta pozitív változást tudunk előidézni. Ez a modell kis mennyiségben rendelkezésünkre álló új szerek tesztelésére ad nagyszerű alkalmat, valamint a meglévő szerek (pl. antipszichotikumok) használatának újragondolását is jelentheti.

Mit szeretnének elérni, mi az, amit már most látni lehet a két év múlva várható eredményekből?

A következő két évben az amigdalára fókuszálunk. Reméljük, hogy sikerül a modellünkkel igazolni, hogy ha ezt az agyterületet, illetve az amigdalában lévő vazopresszinrendszert serkentjük a hím állatokban, akkor javítani tudunk a szociális és egyéb tüneteiken. Ilyen tünet például az állatokban a kényszeres mosakodás, mint repetitív viselkedés, amihez hasonló az embereknél például a ringatózás. Eredményeinket nemcsak a tudományos közösségnek, hanem ténylegesen a betegeknek, betegcsoportoknak is be szeretnénk mutatni. Április közepén rendezendő konferenciánkon kifejezetten laikusoknak szóló előadásokat is szervezünk (superresolution.hu). Továbbá összefogtunk egy autista betegekkel foglalkozó szlovák partnerrel is, és közösen próbáljuk megvizsgálni a vazopresszinrendszer befolyásolásának lehetséges pozitív terápiás hatásait.

A kutatásuk állatkísérleteken alapul, hogyan kell elképzelni a patkányokkal folyó munkát?

Az egyetemi állatházban tartjuk az állatokat külön állatgondozók felügyelete mellett, és ott vannak a kísérleti szobáink is. Pályám kezdetén nyáron nagyon szerettem állatkísérleteket végezni, hiszen ezekben a szobákban már akkor is volt légkondicionálás az állandó hőmérséklet és páratartalom biztosítására.

Mi magunk szaporítjuk az állatok nagy részét, figyelve arra, hogy a megfelelő szülőpárok kerüljenek össze. Jelen projektünk részeként egy PhD-hallgató vezetésével a patkánykölykök fejlődését is követjük, összehasonlítva az autizmushoz hasonló tüneteket mutató és normális, illetve vazopresszinhiányos és kontroll hím és nőstény állatokat (azaz nyolc csoportot). Ez azt jelenti, hogy a születésük után naponta be kell járni az állatházba, és mindennap kézbe kell venni ezeket az állatokat, megnézni a fejlődésüket, hogy kinőtt-e a foguk, a fülük, hogyan fejlődnek a reflexeik, amelyek egyébként nagyon hasonlóak az emberi reflexekhez.

Kísérleti patkányok a PTE állatházában Fotó: PTE

Az amigdaláris vazopresszinrendszer befolyásolásához fiatal felnőtt állatokat használunk. A vírusvektorokat mélyaltatásban agyi injekció segítségével juttatjuk az amigdala területére, ezután minimum két hétre van szükség a bevitt génekben kódolt fehérjék megjelenéséhez. Ezt követően kerül sor az állatok magatartásának tesztelésére.

Az aznap kísérletbe kerülő állatokat reggel kihozzuk a kísérleti szoba előterébe, ahol 1-2 órát várnak, hogy hozzászokjanak a helyzethez, a környezethez, az ott lévő zajokhoz, szagokhoz. A magatartás-vizsgálataink nagyon hasonlítanak az etológusok által végzettekhez: megfigyeljük, mit csinálnak az állataink. Ugyanakkor mi nem a spontán viselkedést követjük, ami kevéssé egységesíthető, hanem teszthelyzetbe hozzuk az állatokat. A szociális viselkedés vizsgálatára egy három rekeszből álló, emberektől izolált, fölülről kamerával megfigyelt tesztdobozt alkalmazunk. Megfigyeljük, hogy a középső rekeszbe helyezett tesztállatunk mennyiszer lép be, és mennyi időt tölt a számára ismeretlen stimulusállatot tartalmazó oldalsó rekeszben, preferálja-e a másik, üres rekeszfélhez képest. Sztenderd időtartamokkal dolgozunk, 5-10 percet hagyunk az állatnak, és ezalatt videóra vesszük a tevékenységét. Egyébként egy humán vizsgálat résztvevőjeként nagyon hasonló teszthelyzetben volt részem, ugyanúgy videóra vették a történéseket, majd kvázi számokat rendeltek hozzájuk (pl. hányszor néztem jobbra, mennyi ideig volt jobbra fordítva a fejem).

Hogyan tudják a kamerákkal megfigyelt állatok mozgását, viselkedését adatokká leképezni?

A patkányok viselkedését legtöbbször automata mozgásfelismerő szoftverrel elemezzük. Ez a módszer a képi kontraszton alapul, minthogy az állatunk más színű, mint a háttér. Ennek alapján a program minden egyes képkockán felismeri, hol van az állat, megjelöli a tömegközéppontját, és ennek a tömegközéppontnak a mozgását követi. Az így kapott helyzetadatokból meg tudjuk állapítani, hogy a tesztállatunk mennyi ideig szagolgatta a dobozt, mennyi időt töltött a stimulusállat vizsgálatával, és így tudjuk számszerűsíteni, hogy mennyire szociális.

Az ELTE-n fejlesztett Solomon Coder nevű szoftver segítségével a videó meghatározott idejéhez, az ott látható képhez fogalmakat lehet rendelni. Például, ha az állat, mondjuk, mosakodott, akkor azt az A billentyű lenyomásával rögzítjük, ha megszagolta a társát, akkor a B-vel, ha felágaskodott, akkor a C-vel, és így tovább. Ily módon le lehet kódolni, melyik pillanatban mit csinált az állat. Végül a program ezt összesíti, és százalékosan kifejezi, hogy a teszt ideje alatt mennyit foglalkozott a stimulusállattal, mennyire volt szociális, hányszor ment oda hozzá, és mindehhez frekvenciát is hozzá tud rendelni. Ez az úgynevezett kézi elemzés abban az esetben szükséges, ha nem elég nagy a kontraszt az állatunk és a háttér között, vagy ha olyan magatartáselemet akarunk feltérképezni, amire az automata nem képes (pl. mosakodás).

Ugyanakkor a mesterséges intelligencia a képelemzésben is egyre jobb, a jövőben várható, hogy a kézi elemzés helyét az objektívebb automata elemzés veszi majd át.

Többször is szóba kerültek már a vírusvektorok, és 2023-ban meg is jelent egy tanulmányuk, amelyben főleg a klinikai alkalmazhatóságukról írtak. Mit érdemes erről tudni?

A kutatásban és a klinikumban is széles körben használnak úgynevezett adenoasszociált vírusokat. Ezek az amúgy ártalmatlan vírusok adenovírusok nélkül nem is képesek szaporodni, ezért klinikailag elfogadott módon használhatók gének célzott bevitelére. A korábban említett Zente esete ugyanakkor felhívta rá a figyelmet, hogy ezek a gyógyszerek nagyon drágák (egyetlen injekció 700 millió forint volt) – persze ha egyetlenegy injekcióval egy életre meg lehet gyógyítani valakit, mert a génjeiben lévő elváltozást helyreállítottuk, akkor azt gondolom, hogy ez mégsem annyira drága.

Bár az adenoasszociált vírusvektorok módosítatlan formában sem okoznak semmilyen tünetet (a kezelésekhez alkalmazott rekombinánsok esetén pedig a saját génjeik nagy részét ki is cserélik), az agyban még mindig csak klinikai vizsgálatokban használják őket, hiszen ez a beavatkozás mégiscsak a koponya megnyitásával jár. A klinikai bevezetést az is hátráltatja, hogy bár a legtöbb állatkísérlet nagyon ígéretes eredményeket mutat, a klinikum ezt nem igazolja vissza. Ennek az lehet az egyik oka, hogy ilyen forradalmian új, kétséges kimenetelű beavatkozások csak végstádiumú, semmi másra nem reagáló betegek esetében kerülnek szóba. Azonban beépíteni egy gént egy olyan idegsejtbe, ami már elpusztult, sokkal nehezebb, mint ha egy viszonylag korai stádiumban próbálnánk meg ezeket az idegsejteket manipulálni. Ugyanakkor az etikai vonatkozások is érthetők, így elég nehézkes ezeknek az új terápiáknak a szélesebb körű elfogadása.

Érdekes módon annak bizonyítása, hogy egyetlen injekció is tartós génbeépüléshez vezet, szintén a vazopresszinhez köthető. A vazopresszin elsődleges funkciója, hogy antidiuretikus hormon, tehát nagyon egyszerűen mérhető, ha alacsony a szintje a szervezetben: az állat sokkal többet fog inni és üríteni is. Japán kutatók vazopresszinhiányos állatok egy meghatározott agyterületére adenoasszociált vírusvektor segítségével juttatták vissza a vazopresszint. Ezt követően a vízfogyasztás két-három nap után elkezdett csökkenni, egy hét után már normalizálódott, és több mint egy éven keresztül normális maradt. A funkciónak ez a tartós helyreállítása ad reményt arra is, hogy az amigdaláris vazopresszinrendszer akár egyetlen injekcióval befolyásolható lesz. Ezzel akár helyre is tudjuk majd állítani egy autista páciensben a finomabb működéseket, például a szociális kapcsolatok terén.

A jövőben tehát az autizmus egyes formáinál akár egyetlen injekcióval kiváltható lesz egy hosszú gyógyszeres kezelés?

Igen.