BRAINCITY to centrum badawcze, które bada plastyczność neuronalną i synaptyczną, aby zwalczać choroby takie jak epilepsja, depresja, uzależnienia i autyzm. Plastyczność mózgu pozwala na adaptację i regenerację po urazach. Laboratoria BRAINCITY analizują zmiany w obwodach mózgowych, aby znaleźć nowe cele diagnostyczne i terapeutyczne. Współpraca z klinikami i firmami pomaga skupić się na istotnych mechanizmach i potrzebach rynkowych. Badania obejmują genomikę, neurobiologię, obrazowanie i edycję genów.
Jakie są główne cele i misja Centrum?
BRAINCITY to Centrum Doskonałości ds. Plastyczności Neuronalnej i Chorób Mózgu, utworzone przez Instytut Nenckiego PAN we współpracy z Europejskim Laboratorium Biologii Molekularnej (EMBL). Jego głównym celem jest pogłębienie wiedzy na temat plastyczności neuronalnej i synaptycznej w celu zwalczania chorób mózgu.
Plastyczność mózgu odnosi się do zdolności strukturalnej i funkcjonalnej reorganizacji sieci neuronalnych w odpowiedzi na wyzwania środowiskowe oraz przetwarzanie informacji. Oprócz procesów takich jak uczenie się i pamięć, plastyczność mózgu jest niezbędna do regeneracji po zaburzeniach i urazach. W BRAINCITY prowadzone są badania od poziomu molekularnego, poprzez zmiany w ekspresji genów, po obrazowanie i manipulację sieciami neuronalnymi w całym mózgu. Oprócz fundamentalnego znaczenia poznawczego, celem tych badań jest identyfikacja nowych celów diagnostycznych i terapeutycznych, co może prowadzić do rozwoju nowych terapii dla chorób takich jak padaczka, depresja, uzależnienia, zaburzenia ze spektrum autyzmu, czy schizofrenia.
Jakie badania są obecnie prowadzone w Centrum i jakie są najważniejsze osiągnięcia do tej pory?
O działalności Centrum prof. Ewelina Knapska opowiadała w podcaście „A o tym PAN słyszał?” goszcząc u prof. Katarzyny Starowicz:
Obecnie BRAINCITY prowadzi szereg zaawansowanych prac badawczo-rozwojowych, których celem jest zrozumienie mechanizmów plastyczności neuronalnej oraz wykorzystanie tej wiedzy w opracowywaniu nowych strategii terapeutycznych dla zaburzeń psychicznych i neurologicznych. W skład Centrum wchodzą:
- Pracownia Neurobiologii (prof. Leszek Kaczmarek) – bada molekularne i komórkowe mechanizmy plastyczności synaptycznej, czyli zdolności komórek nerwowych do zmiany siły i liczby połączeń.
- Pracownia Neurobiologii Emocji (prof. Ewelina Knapska) – analizuje, jak zmiany w plastyczności neuronalnej wpływają na przetwarzanie emocji i kształtowanie zachowań społecznych.
- Pracownia Plastyczności Neuronalnej (dr hab. Anna Beroun) – koncentruje się na mechanizmach neuroplastyczności leżących u podstaw pamięci oraz ich zaburzeniach w takich stanach jak uzależnienia.
- Pracownia Neurofizjologii Umysłu (dr hab. Jan Kamiński) – bada powiązania między aktywnością neuronalną a funkcjami poznawczymi i stanami psychicznymi.
Do najważniejszych osiągnięć zespołów BRAINCITY należą m.in.:
- W pracy Stefaniuk i wsp. (Neurobiol. Dis., 2023), z wykorzystaniem mikroskopii arkusza światła i oczyszczonych próbek mózgu, wykazano zmiany poziomu białka c-Fos w odpowiedzi na uzależnienie od alkoholu, co pozwoliło na mapowanie reorganizacji funkcjonalnych sieci mózgowych.
- Puscian i wsp. (Mol. Psychiatry, 2022) opisali terapeutyczny potencjał blokowania enzymu MMP-9 w jądrze środkowym ciała migdałowatego u myszy jako interwencji w wybranych objawach autyzmu.
- W serii badań opublikowanych przez Bijoch i wsp. (Translational Psychiatry 2023; Cell Reports 2023 ) porównano wpływ nagród naturalnych (cukru) i uzależniających (kokainy) na plastyczność synaptyczną w mózgu myszy. Pokazano, że choć cukier aktywuje więcej obszarów mózgu niż kokaina po pojedynczej dawce, to przewlekła ekspozycja na kokainę prowadzi do znacznie silniejszej aktywacji. Odkryto również różnice w mechanizmach formowania tzw. milczących synaps – synaps, które są strukturalnie obecne, ale funkcjonalnie nieaktywne. Cukier i kokaina prowadzą do ich powstawania, ale wywołują odmienne skutki w obrębie jądra środkowego ciała migdałowatego – cukier wzmacnia pobudliwość tej struktury, a kokaina ją osłabia.
Badania te wskazują, że milczące synapsy mogą być wspólnym mechanizmem plastyczności dla różnych typów nagród, a manipulowanie ich dojrzewaniem może stać się podstawą nowych strategii terapeutycznych, np. w leczeniu uzależnień. - W badaniu Kamińskiego i wsp. (Nature Neuroscience, 2017) po raz pierwszy wykazano, że utrzymująca się aktywność neuronów jest mechanizmem przechowywania informacji w ludzkim mózgu. Kolejna publikacja tego zespołu (Kamiński i wsp., Neuron, 2020) wykazała kluczową rolę oscylacji theta w procesach zapamiętywania przy dużym obciążeniu poznawczym, wskazując na znaczenie hamowania zwrotnego w regulacji pamięci operacyjnej. Najnowsze badania Daume i wsp. (Nature, 2024) po raz pierwszy opisały komórki w ludzkim mózgu wykazujące tzw. cross-frequency coupling – koherencję oscylacji theta i gamma – i ich funkcjonalne znaczenie dla pamięci operacyjnej. Odkrycie to otwiera drogę do zastosowania tego modelu w terapii zaburzeń takich jak ADHD, depresja, schizofrenia czy demencja.
- W najnowszej pracy Winiarskiego i wsp. (Sci. Adv., 2025) pokazano, że elastyczność behawioralna myszy w warunkach zbliżonych do naturalnych zależy od wymiany informacji w obrębie sieci społecznej. Autorzy wykorzystali środowisko seminaturalne oraz zaawansowane metody analizy behawioralnej i wykazali, że myszy uczą się od siebie nawzajem poprzez obserwację działań członków grupy, co umożliwia im dostosowywanie strategii działania do zmieniających się warunków. Badania te podkreślają znaczenie społecznego przekazu informacji dla adaptacyjnych zachowań i mogą stanowić model do badań nad społecznym uczeniem się u ludzi.
BRAINCITY konsekwentnie rozwija interdyscyplinarne podejście do badań nad mózgiem, łącząc metody biologii molekularnej, neurofizjologii, obrazowania i analizy behawioralnej. Dzięki temu możliwe jest nie tylko lepsze zrozumienie mechanizmów rządzących funkcjonowaniem mózgu, ale również opracowanie nowych strategii leczenia chorób psychicznych i neurologicznych.
Do tej pory BRAINCITY osiągnęło istotne wyniki w identyfikacji nowych biomarkerów dla chorób neurologicznych oraz w opracowywaniu potencjalnych terapii opartych na modulacji plastyczności neuronalnej.
Jakie są plany na przyszłość związane z przedłużeniem MAB?
Dzięki ostatnio otrzymanemu grantowi w ramach programu Międzynarodowe Agendy Badawcze FENG, Centrum będzie opracowywać i wdrażać innowacyjne metody leczenia zaburzeń neuroplastyczności mózgu, takich jak padaczka, depresja oraz uzależnienia. W ramach tego projektu naukowcy planują stworzyć platformę do testowania metod stymulacji mózgu oraz substancji, które mogą pomóc w leczeniu depresji, uzależnień od narkotyków i alkoholu. Kontynuowanie badań w ramach MAB FENG pozwoli na dalszy rozwój nowych terapii opartych na modulowaniu plastyczności neuronalnej i przyczyni się do poprawy leczenia chorób mózgu.
Jakie są możliwości mają młodzi naukowcy w związku z funkcjonowaniem Centrum?
Młodzi naukowcy mają możliwość angażowania się w projekty badawcze, publikowania wyników w renomowanych czasopismach oraz uczestniczenia w międzynarodowych sieciach współpracy. Mają również możliwość aktywnego uczestniczenia w warsztatach, szkoleniach i konferencjach oferowanych przez naszego partnera – EMBL, jak również warsztatach i konferencjach organizowanych przez BRAINCITY.
Jakie są najważniejsze współprace międzynarodowe Centrum BRAINCITY?
Partnerstwo z EMBL (European Molecular Biology Laboratory). Centrum utrzymuje również liczne współprace międzynarodowe z uczelniami, instytutami badawczymi, klinicystami oraz firmami technologicznymi na całym świecie. Te partnerstwa umożliwiają wymianę wiedzy, dostęp do najnowszych technologii oraz wspólne realizowanie projektów badawczo-rozwojowych.
Kontakt:
Centrum Badań Plastyczności Neuronalnej i chorób mózgu BRAINCITY
- 📍 ul. Pasteura 3, 02-093 Warszawa
- 📧 Kontakt w sprawach naukowych: prof. Leszek Kaczmarek | prof. Ewelina Knapska
- 📧 Kontakt w innych sprawach: Marta Rucińska
- 🌐 Strona internetowa