Ból jest złożonym doświadczeniem, w którym uczestniczą nie tylko komórki nerwowe. Dr Mateusz Kucharczyk wraz ze swoim zespołem bada mechanizmy jego powstawania i regulacji, ze szczególnym uwzględnieniem bólu przewlekłego. Obecnie, w ramach międzynarodowego projektu DECIPHER, naukowcy sprawdzają, jaką rolę w rozwoju bólu neuropatycznego odgrywają komórki tkanki łącznej.
– Życie bez bólu byłoby życiem bardzo tragicznym i krótkim – mówi dr Mateusz Kucharczyk. Dla naukowca, który od lat bada mechanizmy bólu, jest on jednym z najbardziej fascynujących zjawisk fizjologicznych. Ból ostrzega nas przed niebezpieczeństwem, pomaga unikać urazów, uczy rozpoznawać zagrożenia. Problem zaczyna się wtedy, gdy ból traci funkcję ochronną. Nie ustępuje wraz z zagojeniem urazu albo utrzymuje się wskutek choroby układu nerwowego. Może towarzyszyć człowiekowi miesiącami, a nawet latami. Jednym z głównych obszarów zainteresowań dr. Kucharczyka jest właśnie ból neuropatyczny.
Ból neuropatyczny – geneza i leczenie
– Wyobraźmy sobie, że delikatne muśnięcie skóry, dotyk ubrania albo chłodny podmuch powietrza wywołują silny ból. Bodźce, które zwykle są obojętne, dla osoby z neuropatią mogą być trudne do zniesienia – wyjaśnia dr Kucharczyk.
Ból neuropatyczny jest konsekwencją uszkodzenia lub choroby układu nerwowego odpowiedzialnego za odbieranie bodźców czuciowych. Może pojawić się po urazie nerwu, zabiegu chirurgicznym, zakażeniu wirusowym, a także w przebiegu cukrzycy czy leczenia onkologicznego. Niektóre leki stosowane w chemioterapii uszkadzają nie tylko komórki nowotworowe, ale również nerwy obwodowe. U części pacjentów prowadzi to do bolesnej neuropatii, która może utrzymywać się długo po zakończeniu terapii. Co istotne, poszczególne neuropatie mogą dawać odmienne objawy. Pacjenci po chemioterapii bywają szczególnie wrażliwi na zimno, natomiast w niektórych neuropatiach cukrzycowych dominują zaburzenia odczuwania bodźców mechanicznych. Te różnice stanowią dla neurofizjologów cenne wskazówki, ponieważ pozwalają określić, które grupy neuronów mogą odpowiadać za dolegliwości pacjenta.
Pomimo ogromnego postępu medycyny możliwości farmakologicznego leczenia bólu neuropatycznego pozostają ograniczone. Od dziesięcioleci podstawę terapii stanowią podobne grupy leków, a ich skuteczność jest bardzo zróżnicowana. W leczeniu wykorzystuje się przede wszystkim gabapentynoidy i wybrane leki przeciwdepresyjne. Przewlekły charakter dolegliwości sprawia, że pacjenci często wymagają wieloletniej opieki. Zapotrzebowanie na specjalistyczne leczenie jest duże, a do poradni trafiają osoby z bardzo różnymi mechanizmami bólu.
Dr Kucharczyk od lat współpracuje ze specjalistami zajmującymi się leczeniem bólu w Polsce i za granicą, łącząc obserwacje kliniczne z badaniami neurofizjologicznymi. Zdaje sobie przy tym sprawę, że poszukiwanie skuteczniejszych terapii wymaga szerszego spojrzenia na mechanizmy bólu, uwzględniającego także inne elementy układu nerwowego i jego otoczenia.
Projekt DECIPHER – nowe spojrzenie na mechanizmy bólu neuropatycznego
Naukowcy postanowili zbadać komórki, które przez lata postrzegano przede wszystkim jako element strukturalny – komórki tkanki łącznej oznaczane markerem CD90+. Dziś wiadomo, że nie są one jedynie biernym rusztowaniem organizmu. Mogą wydzielać substancje sygnałowe oraz komunikować się z układem odpornościowym i nerwowym. Badacze podejrzewają, że uczestniczą również w powstawaniu i podtrzymywaniu bólu neuropatycznego.
DECIPHER to trzyletni projekt realizowany przez międzynarodowe konsorcjum pięciu ośrodków naukowych i klinicznych. Jego budżet wynosi 1,4 mln euro. Udział polskiego partnera finansowany jest przez Narodowe Centrum Badań i Rozwoju w ramach konkursu ERA-NET NEURON Cofund 2. Konsorcjum koordynuje prof. Franziska Denk z King’s College London, z którą dr Kucharczyk współpracuje od kilkunastu lat. W projekcie uczestniczą również badacze z Uniwersytetu w Würzburgu, Uniwersytetu w Zurychu i ośrodka akademickiego w Stambule. Polskim partnerem jest Łukasiewicz – PORT.
Celem projektu jest ustalenie, czy komórki CD90+ wpływają na pobudliwość neuronów, a tym samym na powstawanie nieprawidłowych sygnałów bólowych. Naukowcy chcą także sprawdzić, czy oddziaływanie na te komórki mogłoby w przyszłości stać się podstawą nowych metod leczenia. Badania obejmą materiał biologiczny pochodzący od pacjentów i eksperymenty przedkliniczne. Jednym z wykorzystywanych narzędzi będzie przestrzenna analiza ekspresji genów, pozwalająca sprawdzać, jakie geny są aktywne w poszczególnych komórkach i gdzie komórki te znajdują się względem siebie. To istotne, ponieważ o ich wzajemnym oddziaływaniu może decydować również położenie w tkance.
Zespół dr. Kucharczyka – Grupa Badawcza Onkologii Neurofizjologicznej – odpowiada przede wszystkim za badania przedkliniczne. W modelach eksperymentalnych będzie sprawdzać mechanizmy, których istnienie sugerują obserwacje kliniczne i analizy ludzkich tkanek. Jeżeli badania potwierdzą znaczenie komórek CD90+ w regulacji bólu, możliwe będą nowe cele terapeutyczne.
Jak mózg hamuje i wzmacnia ból?
– Wyobraźmy sobie człowieka, który spokojnie chodzi po mieszkaniu i bosą stopą staje na kawałek szkła. Ból będzie natychmiastowy i bardzo wyraźny. Ale jeśli ta sama osoba nadepnie na szkło podczas ucieczki przed agresywnym psem, czy będąc na polu walki, może przez pewien czas nawet nie zauważyć urazu – dr Kucharczyk posługuje się tym przykładem, aby pokazać, że intensywność bólu nie zależy wyłącznie od wielkości uszkodzenia.
Mózg dysponuje bowiem własnymi mechanizmami, które mogą hamować lub wzmacniać przetwarzanie informacji bólowych. Wykorzystuje do tego zstępujące szlaki nerwowe docierające do rdzenia kręgowego, gdzie sygnały docierające z obwodowych części ciała są przetwarzane i modyfikowane pod wpływem aktywności ośrodkowego układu nerwowego.
– Ból jest w głowie – mówi dr Mateusz Kucharczyk i od razu zaznacza, że jego odczuwanie zależy od wielu czynników: emocji, stresu, snu, wcześniejszych doświadczeń czy sytuacji, w której się znajdujemy.
Jednak subiektywne doświadczenie bólu to nie to samo co aktywność komórek nerwowych. Neurofizjolodzy badają przede wszystkim nocycepcję, czyli procesy wykrywania i przetwarzania potencjalnie szkodliwych bodźców. Aktywność neuronów można mierzyć bardzo precyzyjnie. Badacze rejestrują ich wyładowania elektryczne i sprawdzają, jak reagują na przykład na nacisk, temperaturę czy inne rodzaje stymulacji.
Dla dr. Kucharczyka szczególnie istotne jest zestawianie wyników badań pacjentów z eksperymentami laboratoryjnymi. Jeśli określona grupa chorych wykazuje nadwrażliwość na zimno, naukowcy mogą skoncentrować uwagę na neuronach odpowiedzialnych za odbieranie takich bodźców. Dzięki narzędziom genetycznym możliwe jest następnie selektywne badanie aktywności konkretnych typów neuronów w modelach przedklinicznych, zamiast analizowania wszystkich komórek jednocześnie.
Neurofizjologia i praktyka kliniczna
Jedną z największych inspiracji naukowych dr. Kucharczyka jest współpraca dwóch pionierów badań bólu: Patricka Walla i Ronalda Melzacka. W latach 60. XX wieku opracowali teorię bramkowania bólu, która wyjaśnia, jak aktywność różnych włókien nerwowych może wpływać na przekazywanie sygnałów bólowych w rdzeniu kręgowym. Z jej założeniami wiąże się doświadczenie znane każdemu. Kiedy uderzymy się w kolano lub łokieć, odruchowo zaczynamy pocierać bolące miejsce. Pobudzenie włókien przewodzących dotyk, tzw. „włókien A” może ograniczać przekazywanie informacji bólowych. Na wykorzystaniu podobnych mechanizmów opiera się przezskórna elektryczna stymulacja nerwów, czyli TENS (ang. Transcutaneous Electrical Nerve Stimulation). To jedna z metod neuromodulacji stosowanych w leczeniu niektórych zespołów bólowych.
Dr. Kucharczyka szczególnie fascynuje efektywna współpraca obu naukowców. Wall był neurofizjologiem, który badał układ nerwowy za pomocą precyzyjnych metod elektrofizjologicznych. Melzack wnosił perspektywę psychologiczną, koncentrując się na złożoności ludzkiego doświadczenia bólu. Wspólnie stworzyli podejście, które połączyło wiedzę o działaniu neuronów z obserwacjami dotyczącymi odczuwania bólu.
Bezpośrednio od Walla uczył się Stephen McMahon – uznany na świecie badacz bólu, który rozwijał podejście oparte na stałej wymianie między badaniami podstawowymi a praktyką kliniczną. To właśnie on stał się wieloletnim mentorem i przyjacielem dr. Kucharczyka. Poznali się podczas kongresu IASP w Japonii w 2016 roku. McMahon, nazywany przez współpracowników „Mac”, zajmował prestiżową pozycję Sherrington Chair of Physiology w King’s College London. W jego laboratorium dr Kucharczyk prowadził część badań doktoranckich, a następnie pracował jako badacz podoktorski i wykładowca. W Londynie spędził blisko dekadę.
– Mac nauczył mnie warsztatu badawczego i ukształtował jako samodzielnego naukowca. Zmarł w 2021 roku, w sobotę. Jeszcze w czwartek do późnego wieczora wspólnie wykonywaliśmy testy pobudliwości rdzeniowej. Przekazał mi nie tylko wiedzę i sposób myślenia, lecz także bibliotekę naukową Walla, unikatowy sprzęt i modele badawcze. Powierzył mi w ten sposób część swojego naukowego dziedzictwa, które mogę dalej rozwijać – mówi dr Kucharczyk. – Szczególnie ważne było dla nas przekonanie, że obserwacje kliniczne powinny prowadzić do eksperymentów, a wyniki tych eksperymentów wracać do pacjentów.
DECIPHER jest przykładem tego podejścia: partnerzy kliniczni dostarczają wiedzy o pacjentach i materiału do analiz, a badacze przedkliniczni sprawdzają mechanizmy biologiczne, które mogą odpowiadać za obserwowane objawy.
Ból nowotworowy – sygnał ostrzegawczy, który przychodzi za późno
Dr. Mateusza Kucharczyka interesują także rodzaje bólu, które nie spełniają typowej funkcji ostrzegawczej. Należy do nich między innymi ból związany z chorobami nowotworowymi.
Nowotwór przez długi czas może rozwijać się bezboleśnie, a dolegliwości pojawiają się niekiedy dopiero w zaawansowanym stadium choroby. Ból nie informuje wówczas o nadchodzącym zagrożeniu, lecz o procesie, który już trwa. Innym przykładem jest ośrodkowy ból poudarowy, rozwijający się w następstwie uszkodzenia struktur mózgu odpowiedzialnych za przetwarzanie sygnałów czuciowych. To właśnie takie przypadki pokazują, jak daleko rzeczywiste mechanizmy bólu mogą wykraczać poza prosty schemat: uraz, sygnał nerwowy, cierpienie.
Dla dr Kucharczyka jest to jedno z najbardziej fascynujących zagadnień współczesnej neurofizjologii i powód, dla którego wciąż warto szukać odpowiedzi na pytania o funkcjonowanie pojedynczych komórek, obwodów nerwowych i ich wzajemne oddziaływania.
Ból jest doświadczeniem indywidualnym, ale mechanizmy prowadzące do jego powstawania są bardziej uniwersalne i pozwalają się szczegółowo badać, a ich lepsze poznanie jest niezbędne, by rozwijać skuteczniejsze, bardziej precyzyjne metody leczenia.
