Od mozku přes srdce až po tkáňové náhrady

60 let Fyziologického ústavu AV ČR

Fyziologický ústav AV ČR (FGÚ), význačná česká výzkumná instituce v oblasti fyziologie a patofyziologie živočichů a člověka, si v roce 2014 připomíná 60. výročí svého založení. Motto oslav „Od mozku přes srdce až po tkáňové náhrady“ vyjadřuje historický vývoj hlavních směrů výzkumu v ústavu. Již po 60 let zdejší vědci svými objevy prohlubují teoretické základy medicíny a objasňují podstatu mnoha závažných onemocnění člověka. Mezi nejvýznamnější akce k jubileu FGÚ patří nový cyklus přednášek pojmenovaný na počest slavného neurofyziologa dr. Jana Bureše. Odborné veřejnosti se tak představují významné osobnosti světové fyziologie, z nichž mnohé v minulosti s ústavem spolupracovaly nebo stále spolupracují.

Všechna fota: Archiv FGÚ AV ČR
Budova Fyziologického ústavu v areálu biomedicínských ústavů v Praze-Krči

Fyziologický ústav vznikl 1. ledna 1954, avšak jeho kořeny sahají hlouběji. Hledat je musíme v Neurofyziologickém oddělení Ústředního ústavu biologického, v němž se již v r. 1950 sešly dvě výrazné vědecké osobnosti: klinický neurofyziolog Zdeněk Servít a Arnošt Gutmann, který během 2. světové války bádal v oxfordských laboratořích v oblasti experimentální neurofyziologie svalů. Další směr výzkumu přibyl připojením skupiny Jiřího Křečka, jež se zaměřila na oblast fyziologie vývoje. V r. 1956 sestavu nové instituce doplnil Otakar Poupa, jenž se zabýval adaptací organismu na podmínky vnějšího prostředí s důrazem na srdeční sval.
Navzdory nepříznivé době se vedoucím pracovníkům záhy podařilo navázat spolupráci i s některými institucemi na druhé straně železné opony. I přes politické tlaky, které zesílily zejména v období normalizace, si ústav zachoval vysokou odbornou úroveň. K mnoha vědeckým úspěchům tohoto období patří objasnění adaptace srdce na vysokohorské podmínky či genetického základu hypertenze. Zásluhou pracovníků ústavu byl zaveden pojem kritické vývojové periody a stanoven vliv předčasného odstavu na vývoj mláďat i dětí. Významně pokročil i výzkum paměti, synapsí a receptorů pro neuropřenašeče.
V porevolučním společenském klimatu se ústav nadále úspěšně rozvíjel. Četné nové možnosti otevřely dveře k dalšímu zvyšování kvality výzkumu a k zintenzivnění spolupráce s významnými zahraničními institucemi. V současnosti vědci z FGÚ bádají v oborech neurofyziologie, kardiovaskulární fyziologie a molekulární a buněčné fyziologie. Výsledky výzkumu rozšiřují poznání podstaty nebezpečných chorob, jako jsou epilepsie, neurodegenerativní onemocnění, kardiovaskulární choroby či metabolický syndrom a poskytují teoretický základ pro jejich případnou budoucí léčbu. Jedna z nejnovějších oblastí výzkumu s aplikací do lékařské praxe se zaměřuje na vývoj umělých materiálů pro tkáňové náhrady.

Zakladatelé FGÚ: (zleva) Zdeněk Servít, Arnošt Gutmann, Jiří Křeček, a Otakar Poupa

Prostřednictvím podpory grantových agentur a Evropského fondu pro regionální rozvoj vzniklo v posledních letech ve FGÚ několik špičkových pracovišť. Aktuálně je ústav řešitelem dvou prestižních projektů na podporu excelence dotovaných Grantovou agenturou ČR – Projektu excelence v oblasti neurověd a Centra mitochondriální biologie a patologie. FGÚ se také podílí na řešení projektů v rámci Centra vývoje originálních léčiv financovaném Technologickou agenturou ČR a koordinovaném Ústavem organické chemie a biochemie AV ČR.

Výzkumnou problematiku ve FGÚ lze rozdělit do tří hlavních oblastí.

Ústav má k dispozici i prvotřídní přístrojové vybavení včetně dvoufotonového konfokálního mikroskopu, hmotnostního spektrometru pro metabolomiku, rentgenového počítačového mikrotomografu a pozitronového emisního tomografu pro studium malých laboratorních zvířat. Mnohé z nových přístrojů byly pořízeny z projektů OP Praha – Konkurenceschopnost, mezi které patří například úspěšně realizovaný projekt BIOMODELS nebo běžící projekt BrainView, jehož cílem je vybudovat Centrum pro studium neurovývojových a neurodegenerativních onemocnění. FGÚ je také jedním z partnerů BIOCEV ve Vestci u Prahy – moderního biomedicínského výzkumného centra financovaného z OP Výzkum a vývoj pro inovace.

60 let v čele české fyziologie

Jak plnil ústav během své dlouhé existence poslání, pro které byl založen? Nejvýznamnějším přímým výsledkem základního výzkumu jsou samozřejmě nové poznatky prezentované v mezinárodních časopisech. Z nepřeberného množství publikací vyčnívá pět mimořádně inspirativních, které byly v odborné literatuře citovány více než třistakrát. Tým Heleny Illnerové zjistil, že hormon denního rytmu melatonin ovlivňuje přímo centrální biologické hodiny v tzv. suprachiasmatických jádrech hypothalamu (1987); velké pozornosti se dočkal i přehledný článek Jiřího Vaněčka z roku 1998 o buněčném mechanismu působení téhož hormonu; v roce 1972 František Vyskočil, Jan Bureš a Norbert Kříž zveřejnili v současnosti již klasickou práci o roli výlevu draslíku z mozkových buněk při přechodném útlumu mozkové kůry (tzv. šířící se depresi); publikace Jiřího Pařízka a Ivany Ošťádalové již v roce 1967 odhalila ochranný účinek malých dávek selenu proti letálnímu působení sloučenin rtuti a otevřela tak cestu ke studiu příznivých i toxických účinků selenu. Nejčerst­vějším přírůstkem do elitní skupiny nejcitovanějších prací je publikace z roku 2005 v časopise Nature Genetics, na níž se podílela skupina Michala Pravence; v práci je popsána úsporná, rychlá a přesná metoda genetického mapování a objev 73 genů regulujících krevní tlak. S nevelkým odstupem za těmito nejlepšími články následují mnohé další významné objevy.

Z výzkumné problematiky kardiovaskulární fyziologie: (zleva) izolované perfundované potkaní srdce; řezy potkaním srdcem s histochemicky obarvenou tkání po infarktu

Základní výzkum je nepochybně hlavním posláním instituce. Přesto se jednotlivé laboratoře již od počátku snaží o aplikaci svých objevů v praxi. Výsledkem jsou patenty, užitné vzory a klinické studie. Z těch starších jmenujme vývoj osobních dozimetrů hluku a oxidu uhelnatého, teplotně korigované vlhkoměry obilí či výrobu růstového alfa-albuminu z hovězího séra. K nejnovějším patentovaným objevům patří přípravek pro fotodynamickou terapii zhoubných nádorů a syntéza nových steroidních látek k léčbě degenerativních onemocnění nervové soustavy.

Z výzkumu metabolismu: příklad obezity a štíhlého fenotypu u lidí a modelových myší (kresba Jana Kovalčíková); na pravém obrázku uměle obarvený snímek získaný rentgenovou počítačovou tomografií ukazuje rozložení tuku (červeně) v zadní části těla obézní a štíhlé myši.

Neméně významná je edukační role ústavu. Jednotliví odborníci se podílejí na univerzitní výuce a pro desítky studentů je ústav školicím pracovištěm při přípravě jejich bakalářských a magisterských diplomových prací. Ve zdejších laboratořích v současnosti nachází potřebné pracovní zázemí přes 90 studentů postgraduálního studia biomedicíny a dalších oborů.

FGÚ zkoumá fungování celých organismů, jejich tkání a buněk i jednotlivých molekul: (zleva) příprava geneticky modifikovaných potkaních mláďat mikroinjekcí rekombinantní DNA do prvojádra oplozeného vajíčka potkana, zeleně fluorescentní potkaní mláďata, fluorescenčně značené fibroblasty (modře jádra, červeně mitochondrie, zeleně aktinový cytoskelet).

Své objevy přibližuje FGÚ veřejnosti prostřednict­vím přednášek a Dnů otevřených dveří. Především žákům základních a středních škol je určen tzv. Memory park, soubor počítačových a praktických úkolů testujících orientační a paměťové schopnosti. Popularizační Interaktivní prezentace FGÚ, která vznikla ve spolupráci se Střediskem společných činností AV ČR, se nedávno probojovala mezi čtveřici nejlepších příspěvků na mezinárodní přehlídce The European Science TV and New Media Festival v irském Dublinu.

Modelovým organismem pro studium mnoha nemocí je ve FGÚ laboratorní potkan. Na obrázku srovnání vývoje potkaního mláděte během prvních dnů života a dítěte během prvního roku života.

Ústav pozvedává prestiž domácí vědy i v oblasti vydavatelské. Již na počátku 50. let začali jeho zakladatelé vydávat dva odborné časopisy: Česko-slovenskou fyziologii v češtině pro domácí publikum a zpočátku ruskojazyčnou, po několika letech anglickou Physiologia bohemoslovaca. Druhý z časopisů se stal nejvýznamnějším fórem československých výzkumníků v oboru biomedicíny a přetrval pod novým názvem Physiological Research do současnosti; patří k nejprestižnějším domácím vědeckým periodikům (aktuální hodnota impaktního faktoru je 1,531), lákajícím k publikaci výsledků autory z celého světa. Jeho zvláštní vydání k 60. výročí založení ústavu (http://www.biomed.cas.cz/physiolres/2014/S1_14.htm) přináší souhrn vědeckých výsledků, jichž badatelé v posledních letech dosáhli.

Po celých šedesát let existence naplňuje FGÚ svoje poslání prohlubovat lidské poznání fyziologických pochodů a rozšiřovat vědomosti mezi veřejnost. Ústav si ve svém oboru vydobyl respektované postavení doma i v zahraničí. Přejme mu mnoho úspěchů i do dalších let.
Bližší informace na www.fgu.cas.cz.

PETR ZOUHAR,
OLGA ZIMMERMANNOVÁ,
Fyziologický ústav AV ČR, v. v. i.

Nejbližší přednášky z Burešova cyklu

2. července 2014
Prof. Michael MENAKER (University of Virginia, USA)
Téma: cirkadiánní rytmy

25. září 2014
Prof. Peter ILLES (Universität Leipzig, Německo)
Téma: fyziologie přenosu signálu mezi neurony

14. října 2014
Prof. Robert G. GOURDIE (Virginia Tech Carilion Research Institute, USA)
Téma: kardiologie a regenerativní medicína