Témata pro prezenční studium v doktorském studijním programu Neurovědy na LF MU v roce 2012/2013 Školitel: prof. MUDr. Milan Brázdil, Ph.D. (1. neurologická klinika LF MU a CEITEC MU) 2 místa Funkční konektivita sulcus temporalis superior v kontextu sociální kognice Téma je zaměřeno na studium funkčního zapojení zmíněné anatomické struktury mozku v sociálně-kognitivních neuronálních sítích. Použita pro výzkum bude metodika funkční magnetické rezonance a recentní sofistikované postupy umožňující studium funkční a efektivní konektivity. Práce je realizována ve spolupráci s CEITEC MU.
„Brain dynamics“ – funkční integrace lidského mozku v průběhu kognitivních úkolů (intracerebrální EEG studie) Téma se zabývá funkční spoluprací jednotlivých mozkových oblastí při řešení jednoduchých kognitivních úkolů. K výzkumu bude využito EEG dat získávaných přímou registrací z konkrétních mozkových struktur prostřednictvím vnořených mozkových elektrod. Základem matematického zpracování biosignálů ve smyslu výzkumu funkční a efektivní konektivity bude výzkum časové a frekvenční podobnosti reakcí a hodnocení časových posunů. Práce je realizována ve spolupráci s CEITEC MU a ÚPT AV ČR.
Školitel: doc. MUDr. Tomáš Kašpárek, Ph.D. (Psychiatrická klinika LF MU a CEITEC MU) 3 místa Konektivita mozku v průběhu schizofrenního onemocnění. Téma řeší otázku, jak se mění funkční konektivita mozku v průběhu prvních 4 let nemoci a jaké jsou vztahy k charakteru klinického obrazu. Data jsou nasbírána, půjde o zpracování, event. o doplnění vyšetření zdravých dobrovolníků. Práce navazuje na naše předchozí nálezy změn funkční konektivity jeden rok po první epizodě v remisi onemocnění, otázkou zůstává, zda se na charakteru funkční konektivity podílí reziduální symptomatika, kognitivní dysfunkce, či relapsy nemoci.
Neurobiologie průběhových variant schizofrenie a jejich predikce. Téma řeší vztah mezi různými průběhovými variantami onemocnění v průběhu prvních 4 let nemoci a neurobiologickými změnami hodnocenými pomocí magnetické rezonance. Práce navazuje na naše předchozí nálezy vztahu změn morfologie mozku v době první epizody k jednoletému průběhu a na možnosti klasifikačních analýz v diagnostice a predikci na základě zorazovacích dat.
Morfologie mozku kognitivních endofenotypů schizofrenie a vztah jejich dynamiky. Práce je zaměřená na hledání rozdílných neurobiologických substrátů variant nemoci s významnou kognitivní poruchou a se zachovanou kognicí. Zároveň existují podtypy nemoci, u kterých dochází k postupné progresi morfologických změn mozku, svou dynamiku má i kognitivní postiženi. Cílem práce bude hledání souvislostí mezi morfologií a funkcí mozku v průběhu prvních let po první epizodě nemoci.
Školitel: prof. MUDr. Martin Bareš, Ph.D. (1. neurologická klinika LF MU a 1 místo CEITEC MU) Studium behaviorálních aspektů a neuronálních substrátů v rozměru sociální kognice u neurodegenerativních onemocnění CNS.
Školitel: prof. MUDr. Ivan Rektor, CSc. (1. neurologická klinika LF MU a CEITEC MU) 1 místo Studium epileptických sítí v mozku. Interakce epileptické aktivity s funkcemi kortikálních a subkortikálních struktur mozku. Stanovení interiktální a iktální konektivity mozku. Elektrofyziologické studie s použítím intrakraniálních elektrod a EEG-fMRI.
Školitel: Ing. Michal Mikl, Ph.D. (CEITEC MU) 1 místo Využití data-driven metod pro snazší specifikaci dynamických kauzálních modelů ve fMRI
Práce se bude zabývat bližším pochopením vztahů mezi data-driven metodami využívanými ve fMRI pro analýzu funkční konektivity (např. analýza nezávislých komponent, grangerova kauzalita) a dynamickým kauzálním modelováním. Dynamické kauzální modelování (DCM) je metoda využívaná pro analýzu efektivní konektivity ve fMRI datech. Tato metoda vyžaduje specifikaci velmi konkrétní hypotézy, což je přesný opak data-driven metod, které ke své činnosti žádnou hypotézu nepotřebují. Proto je snahou alespoň částečně usnadnit definici hypotézy zavedením určitých doporučení či omezujících podmínek, které by vyplývaly z výstupů data-driven metod. Cílem práce bude vytvoření metodických pravidel či postupů, které usnadní definování dynamických kauzálních modelů na základě informací získaných z data-driven metod. Práce by měla být řešena jak na úrovni reálných dat, tak s využitím simulací. Student se bude zabývat mimo jiné pochopením souvislostí mezi využívanými metodami, optimalizací jejich
nastavení vzhledem k požadovaným výstupům a pochopením souvislostí mezi simulovanými a reálnými daty, tedy mezi zjednodušeným matematickým pohledem a neurofyziologickou realitou. Předpokládá se, že student bude mít dostatečné znalosti problematiky zpracování a analýzy signálů. Předpokládá se znalost programování v prostředí Matlab, orientace v oblasti statistické analýzy a aspoň základní předchozí zkušenost s fMRI nebo jinými metodami pro mapování lidského mozku. Školitel-konzultant: Prof. MUDr. Milan Brázdil, Ph.D. (1. neurologická klinika LF MU a CEITEC MU)
Školitel: Prof. RNDr. P. Dubový, CSc. (Anatomický ústav LF MU a CEITEC MU) 4 místa Téma: Interakce difuzibilních molekul stimulujících růst axonů s molekulami endoneuriální extracelulární matrix nervu Téma anglicky: Interaction of diffusible axon promoting molecules with extracellular matrix molecules of the nerve endoneurium Předběžné zadání: Při stimulaci růstu, navigaci a maturaci regenerujících axonů v periferním nervu hrají významnou úlohu molekuly endoneuriální extracelulární matrix (ECM) a neurotrofiny (NTF). Kromě známých interakcí uvedených skupin molekul přímo s růstovým kónusem regenerujících axonů lze předpokládat vzájemné interakce zejména snadno difundujících NTF s molekulami ECM, které slouží více jako substrát pro růstové kónusy. Interakcí NTF a jiných nízkomolekulárních faktorů (např. cytokinů a chemokinů) s molekulami ECM mohou vyvolat další dosud nepopsané mechanismy stimulující růst a selektivní navigaci aferentních a motorických axonů. Poznání zmíněných interakcí mezi molekulami ECM a NTF je rovněž nezbytným předpokladem pro vývoj nových nervových protéz připravených technologiemi tkáňového inženýrství pro překonání rozsáhlejších nervových defektů. In vitro kultivace DRG a motorických neuronů a stimulace růstu jejich axonů na substrátu připraveném z ECM molekul obsažených v endoneuriu periferního nervu. Srovnání rychlosti růstu aferentních a motorických axonů na kryořezech připravených z dominantně motorických a aferentních nervů. Testování vazby vybraných NTF/cytokinů na izolované komponenty ECM a na ECM endoneuria nervu v modelu s použitím kryořezů. Vazbu NTF a dalších nízkomolekulárních faktorů lze po oplachu následně stanovit imunohistochemickou detekcí a kvantifikovat WB.
Téma: Způsoby šíření neurozánětu v indukci neuropatické bolesti Téma anglicky: Diffusion of neuroinflammation and induction of neuropathic pain Předběžné zadání: Po částečném poškození periferního nervu dochází k buněčným a molekulárním změnám vyvolávajících zánětovou reakci v nervových strukturách (neurozánět), což je jedním z mechanismů indukce neuropatické bolesti. Tyto reakce nejsou lokalizovány pouze na nervových strukturách, které přímo souvisejí s poškozeným nervem, ale mohou se šířit i do vzdálenějších míst nervové soustavy. Exprese prozánětlivých cytokinů a jejich receptorů v průběhu neurozánětu tvoří významný základ pro nové strategie útlumu projevů neuropatické bolesti.
Studium šíření neurozánětu v nervové soustavě po poškození periferního nervu je proto zásadní background pro rozvoj nových strategii útlumu neuropatické bolesti. Na experimentálních zvířecích modelech neuropatické bolesti bude sledována exprese vybraných cytokinů, jejich receptorů a transdukčních faktorů ve strukturách nervové soustavy. Ke studiu budou použity metody kvantitativní imunohistochemie, Western blot, ELISA a in situ hybridizace. Téma: Wallerova degenerace jako zdroj signálů pro reinervaci a indukci neuropatické bolesti Téma anglicky: Wallerian degeneration and origin of signals for both reinnervation and neuropathic pain Předběžné zadání: Distálně od poškození periferního nervu probíhá Wallerova degenerace, která je souborem buněčných a molekulárních změn vytvářejících podmínky pro regeneraci nervu. Současně je Wallerova degenerace také zdrojem molekulárních signálů, které vyvolávají vznik neuropatické bolesti i po úspěšné regeneraci nervu. V posledních letech je Wallerova degenerace studována i z hlediska imunitních reakcí, které mohou být zdrojem molekulárních signálů indukujících nerovnováhu v aferentním nervovém systému, což následně vede k projevům neuropatické bolesti. Na experimentálních zvířecích modelech budou distálně od poškození periferního nervu sledovány exprese vybraných imunitních mediátorů (cytokinů a chemokinů), jejich receptorů a transdukčních faktorů. Selektivní inhibicí vybraných mediátorů bude sledován průběh regenerace nervu a následné projevy neuropatické bolesti. Ke studiu budou použity metody kvantitativní imunohistochemie, Western blot, ELISA a in situ hybridizace. Téma: Histopatologické změny mozku u animálních modelů psychotických poruch Téma anglicky: Histopathological changes of brain in animal models of psychotic defects Předběžné zadání: Ve spolupráci s Psychiatrickou klinikou FNB budou na myších modelech psychotických poruch hodnoceny změny v šedé a bílé hmotě. Hodnocené struktury šedé hmoty budou zejména: prefrontální kortex, precuneus, předním cingulum, hippokampus, ncl. accumbens, mediodorsální jádro thalamu, cerebellum. V bílé hmotě budou sledovány změny související s narušením myelinových obalů a dysfunkce oligodendrocytů. Metody: základní morfometrické údaje (objem oblasti, tloušťka kortexu, vrstev), denzita pyramidových neuronů, četnost neuronálních výběžků, in situ proteomika (imunohistochemie) exprese Ca-vážících proteinů v GABA neuronech. Zjištěné změny na experimentálních modelech budou srovnávány s výsledky MRI u klinických pacientů.
Školitel: MUDr. I. Hradilová Svíženská, CSc. (Anatomický ústav LF MU a CEITEC MU) 1 místo Téma: Exprese kanabinoidních receptorů CB2 ve strukturách dráhy bolesti u různých modelů neuropatické bolesti Téma anglicky: Study of expression of CB2 cannabinoid receptor in the structures of pain pathway of various experimental neuropathic pain models Předběžné zadání: Aktivace kanabinoidních receptorů (CB1R a CB2R) má antinocicepční efekt, čehož může být využito terapeuticky, zvláště u obtížně léčitelné neuropatické bolesti. Zatímco výskyt CB1R v nervové soustavě je jednoznačně a konkrétně prokázán, výsledky prokazující distribuci CB2 v
nervovém systému jsou kontroverzní. Použitím imunohistochemie s kolokalizací protilátek, in situ hybridizace, Western blotu bude studována anatomická lokalizace CB2R proteinu a jeho syntéza v mozku, míše i periferních nervech laboratorního potkana v závislosti na použitém modelu neuropatické bolesti.
Školitel: Mgr. Václav Brázda, PhD. (Anatomický ústav LF MU a CEITEC MU) 1 místo Téma: Detekce exprese a šíření cytokinu IL-6 a jeho receptorů po poškození PNS Téma anglicky: Detection of expression and spreading of IL6 and its receptors following PNS injury Předběžné zadání: Cytokiny jsou mediátory celé řady důležitých biologických procesů včetně regulace imunitní odpovědi, krvetvorby, zánětlivých reakcí a reakcí nervového systému na poškození a regeneraci. Cytokiny TNFa a IL-1 zvyšují produkci prozánětlivých cytokinů (IL-6) a následně i produkci protizánětlivých cytokinů. Jemná rovnováha a signalizace cytokinů je důležitou komponentou při reinervaci a indukci neuropatické bolesti po nervovém poškození. V této dizertační práci bude studován vliv jednotlivých cytokinů na prekurzorové a neuronové buněčné línie pomocí imunocytometrie, průtokové cytometrie a dalších molekulárně biologických metod. Bude analyzován potenciál jednotlivých cytokinů na tvorbu funkčních neuronů a nervovou regeneraci. V rámci in vivo modelu neuropatické bolesti po poškození periferního nervu u laboratorních potkanů bude studována jednak vliv produkce jednotlivých cytokinů na rozvoj neuropatické bolesti, ale také možnosti blokování či aktivace cytokinů regulujících neuropatickou bolest a regeneraci nervu po jeho poškození.
Školitel: RNDr. Vladimír Pekařík, PhD. (CEITEC MU)
3 místa
Téma: Možnosti molekulární intervence při potlačování neurozánětu periferních nervů Téma anglicky: Means of molecular intervention to suppress neuroinflammation of peripheral nerves Předběžné zadání: Neuropatická bolest (NP) po poškození periferních nervů je patologický stav, který je již dlouho studován, nicméně zůstává bez účinné léčby. Mechanické poškození periferních nervů vede k vytvoření zánětu, který spouští celou kaskádu reakcí, které vedou k vytvoření neuropatické bolesti. Jde o složitý proces, na jehož vzniku se podílí mnoho faktorů převážně imunitního typu. Při vzniku neurozánětu se aktivuji gliové buňky, které uvolňují pro-zánětlivé cytokiny (IL-1β) a chemokiny (CCL2) dále zhoršující průběh zánětlivé reakce. Cílem práce naší laboratoře je najít mechanismus, který umožní utlumení neurozánětu a potlačí vznik neuropatické bolesti. K dosažení tohoto cíle se pokusíme vnést do poškozených nervů proti-zánětlivé cytokiny (IL10) nebo jiné molekuly, které utlumí aktivitu pro-zánětlivých cytokinů (jednořetězcové protilátky, rozpustné receptory pro IL-6 a TNFα). Pro genový přenos využijeme lentivirové vektory pseudotypované pro cílený přenos do neuronů. Funkce a účinnost jednotlivých konstruktů bude testována na modelu konstrikčního poškození sedacího nervu u potkanů.
Student/studentka se bude podílet na vývoji expresních vektorů pro virový přenos a jejich konstrukci a testování. Bude analyzovat výsledky experimentálních intervencí u laboratorních zvířat a provádět imunohistochemické analýzy tkání po zákroku. Téma: Buněčné reprogramování mezenchymálních kmenových buněk do oligodendrocytů pro léčbu roztroušené sklerózy. Téma anglicky: Cellular reprogramming of mesenchymal stem cells into oligodendrocytes for treatment of multiple sclerosis Předběžné zadání: Roztroušená skleróza je fatální onemocnění centrálního nervového systému způsobené demyelinizací axonů v důsledku imunitní reakce organismu. V časné fázi je možné průběh onemocnění zmírnit imunosupresivní terapií, která bohužel selhává v pokročilých stádiích onemocnění. Jedna z možností, jak napravit poškození CNS je transplantace oligodendrocytů. Zásadním problémem zůstává nalezení vhodného zdroje buněk pro transplantace. Současné poznatky ukazují, že mezenchymální kmenové buňky kostní dřeně mohou být po vnesení transkripčního faktoru Olig2 přeměněny na oligodendrocyty. V tomto výzkumném projektu se chceme zaměřit na využití mesenchymálních kmenových buněk izolovaných z tukové tkáně. Tyto buňky se velmi podobají buňkám izolovaným z kostní dřeně a je mnohem snazší je získat. Pomocí transkripčních faktorů a mikroRNA vnesených do buněk transfekcí nebo pomocí lentivirových vektorů se pokusíme tyto buňky přeměnit na funkční oligodendrocyty. Funkčnost takto vytvořených buněk bude testována ve zvířecím modelu roztroušené sklerozy (cuprisone diet) nebo po transplantaci do čerstvě narozených myších mláďat. Student / studentka se bude podílet na konstrukci expresních vektorů pro transkripční faktory nebo miRNA, isolaci kmenových buněk z lidské nebo zvířecí tukové tkáně, in vitro kultivacích mesenychymálních kmenových buněk a jejich reprogramování. Bude také provádět histologické analýzy mozkové tkáně po transplantacích.
Téma: Terapie neurodegenerativních poruch pomoci buněčného reprogramování Téma anglicky: Cellular reprogramming for treatment of neurodegenerative disorders Předběžné zadání: Neurodegenerativní poruchy (Huntingtonova choroba, Parkinsonova choroba) patří k těžkým poškozením mozku, pro která zatím neznáme léčbu. Několik klinických studií prokázalo, že přenos neuronových prekursorů do poškozených částí mozku kladně ovlivňuje průběh nemoci nebo ji může zastavit. Základním problémem tohoto typu léčby je získávání vhodných buněk pro transplantace. V současnosti se používají buňky izolované z potracených plodů, což přináší značné etické problémy. Uvažuje se o také využití embryonálních kmenových buněk. Objevy posledních let naznačily další možnost, kterou je reprogramování buněk pacienta a jejich přeměna na požadovaný typ buněk. V rámci projektu se pokusíme přeprogramovat astrocyty, jejichž populace zůstává u většiny neurodegenerativních poruch intaktní, do neuronů. Jako model budeme používat chemicky indukovaný model Huntingtonovy choroby. K reprogramování budeme používat neurogenní transkripční faktory, které budeme do cílových buněk vnášet pomocí lentivirů. Cílem projektu je dosáhnout přeměnu astrocytů v mozku zvířat do neuronů a identifikovat transkripční faktory, které v procesu reprogramování řídí specifickou identitu nově vzniklých neuronů. Student/studentka se bude podílet na vývoji expresních vektorů pro genový přenos, klonování transkripčních faktorů pro buněčné reprogramování a histologických analýzách mozků zvířat po experimentálních zákrocích.
