Dr. Mihail: Omule, te salut. Doctor Mihail. Suntem la un nou episod Boabe de cunoaștere în Londra, după cum ai văzut și astăzi vorbim despre creier. E un organ complex. Este cel mai complex organ pe care noi îl avem și este organul care te definește pe tine. Este organul care îți dă amintirile, îți dă personalitatea, îți dă emoțiile. Tot ce ești tu este creierul tău. Cu toate astea, este cel mai puțin studiat probabil organ. Și nu e de mirare. De ce? Pentru că creierul ăsta este închis. E foarte greu să pătrundem în el, să luăm o biopsie din el și foarte mult timp am încercat să înțelegem și să tratăm mintea umană studiind creiere de șoricei. Ori un creier de șoricel nu seamănă absolut deloc cu un creier uman care, pe lângă cât este de fascinant, pe atât este de complex și vine la pachet cu tot felul de boli misterioase și de multe ori grave. Vorbim despre autism, despre epilepsie, schizofrenie. Vorbim despre boli neurodegenerative, cum este Parkinson, cum este cum este Alzheimerul și toate astea până de curând, pentru că de curând s-a descoperit această metodă de a studia creierul uman sau cel puțin mici bucăți din creier reconstruite în eprubetă.
Și astăzi invitatul nostru de astăzi este românul care este vârf de lance în această cercetare, care recreează în laboratorul său din Stanford acești acești organoizi sau asembloizi despre care o să vorbim astăzi. Este profesor doctor Sergiu Pașca. E profesor de psihiatrie la Stanford University și este cel care conduce Stanford Brain Organogenesis Center. Este omul care a reușit să recreeze aceste mici părți din creier într-o eprubetă și este cel care a reușit să recreeze circuite neuronale umane. Înainte de a începe, vreau să mulțumesc celor de la UniCredit Bank pentru faptul că sprijină acest podcast și sprijină aceste inițiative de educație și Sergiu, sunt recunoscător să ne vedem aici. Bine ai venit la Boabele de cunoaștere.
Sergiu Pașca: Mulțumesc. Mă bucur că ne întâlnim în sfârșit.
Dr. Mihail: Exact. Aștept de atât de mult timp această discuție și e un subiect fascinant. Vreau să zic că în mod sincer te invidiez științific că faci ceea ce faci în laboratorul din Stanford și ai acest centru pe care îl conduci și ai în eprubetă mici părți din creierul uman și poți să faci cercetare pe ele. Cum e să fii Sergiu Pașca și să faci asta?
Sergiu Pașca: Am cel mai bun job din lume. În fiecare zi mă trezesc și mă gândesc exact că realmente am cel mai bun job. Chiar le ziceam săptămâna trecută în laborator. Am avut întâlnirea săptămânală când mă întâlnesc cu laboratorul meu, aproximativ 20-25 de oameni, și le chiar ziceam încă o dată că partea cea mai bună din ziua mea e când mă trezesc de dimineață și ajung în laborator și bineînțeles că vin toți cu date sau au noi experimente.
Dr. Mihail: Cel mai frumos lucru. Descoperi lucruri noi, lucruri care nimeni nu le știa, nu? Și multe dintre ele probabil că nu sunt încă confirmate sau durează mult, dar partea, entuziasmul faptului, faptul că vezi ceva pentru prima dată e într-un fel infecțios, aș putea zice. E cred că e cel mai bun mod de a-ți folosi propria dopamină, nu? Această așteptare pe care o descrii când vii în laborator și știi că astăzi poate să fie o nouă descoperire în ceea ce privește știința creierului.
Sergiu Pașca: Da, absolut. Și desigur multe dintre lucrurile pe care le facem noi sunt motivate clinic, nu? Să înțelegem bolile psihiatrice, să înțelegem bazele moleculare, să dezvoltăm tratamente pentru multe dintre bolile care pur și simplu nu au un tratament în ziua de astăzi. Dar la un nivel fundamental rămâne curiozitatea, fascinația asta și poate că nu numai pentru creier, desigur, creierul e ultima frontieră, dar în general de a descoperi ceva ce nimeni altcineva nu știe și deseori revăd în studenții mei momentul când fac o descoperire pentru prima dată.
Adică e greu de descris, dar momentul în care faci o descoperire pentru prima dată, ceva ce nimeni altcineva nu știe și sunt așa, știu eu, 10-15 secunde, poate că un minut, când te uiți știu eu, orice ar fi, la microscop sau ai deschis nu știu, ai pus datele într-un grafic și te uiți pentru prima dată și îți dai seama că nimeni altcineva în lume nu știe ce știi tu. Și e un moment scurt așa, bineînțeles că nu poți să ții prea mult momentul respectiv și se întâmplă probabil o dată sau de două ori în cariera ta și le spun studenților cât e de prețios momentul respectiv și cât de mult trebuie să pur și simplu să se bucure de el. Și probabil că nu știu, în timpul unui doctorat sau în timpul studiilor postdoctorale se întâmplă o dată sau de două ori, dar eu mi-l amintesc pentru mine momentul ăla foarte, foarte clar.
Dr. Mihail: Cât de tare îmi place că am început cu această fascinație de a fi cercetător și e cumva foarte contradictorie față de ce știm noi despre un cercetător. Pentru că atunci când ești mic, de regulă vrei să fii ceva cool, cum ar fi astronaut sau polițist sau pompier, pentru că e foarte cool să fii lucrurile alea și așa este. Dar nimeni nu se gândește la un cercetător ca fiind cool, pentru că avem impresia că cercetătorul e ceva boring care stă cu pipeta în laborator, ceea ce poate să fie. Adică fiecare meserie are și părțile sale boring, dar de fapt e o meserie care e plină de fascinație și lucruri noi pe care le descoperi.
Și știi ce-mi place? Că nu doar noi la Boabe de cunoaștere, ci foarte multe alte podcasturi fac din cercetător ceea ce merită să fie, un adevărat rockstar care descoperă chestii și mișcă știința în față și asta e foarte tare. Sunt curios dacă… adică mie mi-ar plăcea foarte mult să te vizitez în laboratorul tău din Stanford și mi-ai lansat invitația asta înainte să începem să filmăm. Mi-ar plăcea să-i duc și pe oamenii care ne urmăresc acum la Stanford în laboratorul lui Sergiu. Dacă vreți asta, scrieți-ne în comentarii. Nu promit nimic, dar cine știe, poate se îndeplinește treaba asta.
Ceea ce faci tu în laborator este să creezi aceste… inițial le spuneam mini-creiere. În momentul de față nu e corect să le zicem mini-creiere pentru că nu sunt în adevăratul sens mini-creiere, dar sunt niște părți din creier uman pe care le creezi într-o eprubetă în laborator și se cheamă organoizi. Poți să-mi zici cum faci asta? E science fiction sau e realitate?
Sergiu Pașca: Da, procesul începe de fapt cu celule din piele, în sensul că recoltăm celule din piele de la un, să zic, un pacient, fie un pacient cu schizofrenie sau un individ care are autism. Aducem celulele din piele în laborator.
Dr. Mihail: Celulele lui. Deci recoltezi de la el celula din piele.
Sergiu Pașca: Exact. Și apoi le reprogramăm. Procesul de reprogramare, care împlinește în anul ăsta 20 de ani, a fost un fenomen descoperit în mare măsură, e un fenomen artificial într-un fel, descoperit de un cercetător japonez care încerca să schime direcția timpului cum ar veni în biologie. Pentru că, în principiu, în biologie timpul merge într-o singură direcție. Odată ce a început dezvoltarea, să zic, corpului uman, nu există momente în care te duci înapoi. Dacă ai început să faci un ficat, nu te duci înapoi și te gândești, ok, poate ar trebui să facem un intestin, nu?
Dr. Mihail: Direcția este o singură direcție, niciodată nu te întorci înapoi.
Sergiu Pașca: Și el a venit cu ideea asta realmente genială, că probabil există o modalitate de a ne întoarce înapoi în timp și de a transforma o celulă care deja este diferențiată înapoi într-o celulă STEM. Și din nou există niște motive foarte clare pentru care nu vrei ca o celulă diferențiată să se transforme vreodată într-o celulă stem pentru că asta poate cauza cancer, proliferare necontrolată, și atunci există niște mecanisme foarte clare care protejează celulele de a se întoarce înapoi în timp. Și de aici dificultatea tehnică de a totuși de a lua și de a aduce o celulă deja diferențiată în laborator la o celulă stem.
Dr. Mihail: Exact. Revenind, iei celula de la un pacient care are schizofrenie de exemplu. Hai să rămânem pe acest subiect. Iei un pacient care are schizofrenie, tu iei o celulă din pielea lui, o duci din nou la stadiul de celulă bebe din care se poate diferenția în orice și o diferențiezi în celulă de creier.
Sergiu Pașca: Exact. Da. Și procesul durează mai multe luni și din nou este destul de artificial pentru că trebuie să introduci o serie de gene direct în fibroblastul respectiv, deci în celula din piele, care cumva o confuziaza celula. Dar la un moment dat se reprogramează complet și devine celulă pluripotentă. Pluripotentă înseamnă că poate forma aproape orice în corpul uman și de acolo o ghidezi să se transforme în neuroni.
Dr. Mihail: Exact. Și celulele respective le putem pune și stoca pe perioade lungi de timp. Și acești organoizi sunt doar neuroni sau sunt rețele neuronale? Cât de mari sunt acești organoizi?
Sergiu Pașca: Povestea e mai lungă. Și practic inițial, cel puțin când am început să facem cercetarea asta, puteam să diferențiam celulele doar în neuroni, cum ar veni bidimensional, da? Cum ai avea o plăcuță de laborator, nu? Și este un singur strat de celule. Asta făceam la început. Și apoi în ultimii, să zic, 10-12 ani, totul s-a mutat în a treia dimensiune și multe dintre culturi au devenit tridimensionale și practic de acolo au apărut organoizii prima dată și apoi au apărut asembloizii.
Dr. Mihail: Ok. Și cât de mare poate să fie un organoid în ziua de astăzi pe care îl studiezi?
Sergiu Pașca: Un organoid este cam de 3-4 mm. Are cam 4 mm în diametru. Deci poți să-l vezi foarte bine cu ochiul liber. Bineînțeles că putem să facem cantități infinite, nu? Deci orice student la mine în laborator menține 5.000, să zic, de organoizi ai creierului în orice moment. Menține în sensul că îi ținem în incubatoare unde avem temperatură, menținem temperatura corpului, o anumită concentrație de gaze și bineînțeles că trebuie să-i hrănești, nu? Adică trebuie să te duci aproape în fiecare zi și să le dai știu eu un „suc”, nu? În ultimă instanță, care încearcă să mimeze compoziția lichidului cefalorahidian în mare măsură, pentru că sunt celulele creierului. Exact.
Dr. Mihail: Bun. Și la ce te ajută? Ce faci concret? Adică care-s aplicațiile concrete în ziua de astăzi pentru acești organoizi și cum arată viitorul în această cercetare?
Sergiu Pașca: Aplicația principală este în a modela aspecte ale creierului uman în afara creierului uman. Pentru că, așa cum spuneai la început, putem să luăm biopsii de la aproape orice, din aproape orice organ, nu, cu excepția creierului. Creierul este probabil unul dintre cele mai inaccesibile organe. De fapt, dacă te uiți la numărul de terapii care există pentru fiecare ramură a medicinei – și desigur mulți probabil că nu vor fi întru totul de acord cu ce spun acum – dar dacă te uiți, este o corelație destul de puternică între accesibilitatea unui organ și numărul de terapii pe care le avem. Spre exemplu, la piele ai acces imediat și ai o tonă de terapii și de lucruri pe care poți să le faci direct pe ea.
Dr. Mihail: Exact. La fel cu cancerul, oncologia, nu? Adică gândește-te la progresele care s-au făcut în oncologie în ultimii… și de când eram noi în facultate în ultimii 20 de ani, dar în ultimii 50 de ani oncologia a explodat.
Sergiu Pașca: Adică existau tratamente pentru leucemii la copii care erau 90% letale, nu? Și leucemia astăzi la copii este 90% vindecabilă, curabilă complet. De ce? În principal pentru că acum 40-50 de ani am început să recoltăm celulele de interes de la acești pacienți, adică celule din sânge care sunt ușor de luat, le-am adus în laborator și am început să folosim puterea extraordinară a biologiei moleculare. În anii ’50-’60, odată ce s-a descoperit structura ADN-ului, s-a descoperit că ADN-ul dă naștere la ARN și apoi la proteine, a existat o adevărată revoluție în înțelegerea moleculară și asta a permis pentru prima dată să înțelegem efectiv bazele moleculare ale multor dintre aceste boli. Dar bineînțeles le poți înțelege numai dacă accesezi țesutul de interes.
Dr. Mihail: Și până acum n-am avut acces la acest țesut și acum…
Sergiu Pașca: De la creier nu avem nici astăzi. Adică sunt foarte puține instanțe în care poți să accesezi creierul uman viu. Să zic o tumoră, nu? Și atunci trebuie să scoți afară tumora, probabil că iei puțin țesut sănătos. Asta este o modalitate. Post-mortem, desigur, care este o opțiune pentru multe dintre bolile psihiatrice, dar țesutul nu mai este electric activ. Nu mai poți proba niciunul dintre circuite, nu mai poți să mai crești celulele respective. Neuronii sunt și celule care nu se mai divid și dacă le-ai putea avea în laborator, nu le-am putea crește în numere suficiente să stai să testezi medicamente.
Dr. Mihail: Ceea ce faci tu e practic, în imposibilitatea de a lua o biopsie din creierul unui pacient care are o suferință psihiatrică sau o suferință a creierului, fie genetică sau de orice altă natură, tu creezi un avatar al acelui creier. Tu, fără să iei biopsie, recreezi fix țesutul lui neurologic pe care poți să faci teste.
Sergiu Pașca: Exact. Și ideea asta… și îmi amintesc foarte bine momentul, eram în facultatea de medicină, probabil nu știu, în anul patru sau în anul cinci la Cluj eram. Da, eram la Cluj, dar vara respectivă o petreceam la Max Planck în Frankfurt făcând cercetare și studiind în principal cortexul vizual la animale. Adică, cu alte cuvinte, puneam electrozi în cortexul vizual și înregistram răspunsuri neuronale pe care le poți auzi pentru că neuronii fac niște zgomote când comunică unii cu alții. Și practic ne uitam la cum reacționează neuronii în timpul în care animalul se uita la anumite imagini, nu?
Și îmi amintesc și acum momentul în care făceam experimentul în laborator și bineînțeles deja cercetam autismul sau eram interesat deja în autism, care în momentul respectiv era o boală complet misterioasă – nu că astăzi am ști totul despre ea – și stăteam și mă gândeam cât de extraordinar ar fi dacă am putea face experimente asemănătoare și să ascultăm activitatea neuronilor și la un pacient cu autism. Pentru că tot ce făceam în momentul respectiv în termen de cercetare pentru autism era să luăm sânge de la pacienți și să încercăm să vedem ce se întâmplă în creier bazat pe ce se întâmplă în sânge, care bineînțeles e o extrapolare.
Și îmi amintesc momentul: era o duminică după-masă în Frankfurt, făceam experimentul, înregistram de la pisică și deschid calculatorul să citesc ce articole au mai apărut și citesc articolul japonezului, al lui Shinya Yamanaka, care a luat premiul Nobel după câțiva ani imediat după, care spunea pentru prima dată că poți să iei celule din piele și să le transformi în celule STEM. Atât. Atât a fost articolul. Atât a arătat, că poți să faci lucrul ăsta. Nici măcar nu era încă făcut în celule umane, ceea ce a mai durat încă un an sau doi. Dar imediat ideea a fost: „O, dacă poți să faci asta înseamnă că poți să iei celule din piele de la orice pacient, le transformi în celule stem și apoi le diferențiem în neuroni”, ceea ce ar însemna că în mod non-invaziv am putea să avem acces la celulele pacientului fără, bineînțeles, a face o biopsie.
Și practic de acolo a început cariera mea, să zic așa, în neuroștiințe sau parcursul în a recrea circuite tot mai complexe cu ideea de a dezvolta terapii.
Dr. Mihail: Ai pomenit de anul patru de facultate. Dar înainte să ne întâlnim aici în Londra, citeam despre povestea ta și e un moment în care povestești despre anul doi de facultate, anul în care ai întâlnit prima dată un pacient cu autism și asta ți-a schimbat cumva viziunea și traiectoria profesională. Ce s-a întâmplat atunci? Ce te-a motivat atunci să cercetezi asta?
Sergiu Pașca: Da. Eu am mers la Facultatea de Medicină cu ideea de a face cercetare în mare măsură. Am fost olimpic la chimie și am mers la Facultatea de Medicină din nou cu ideea de a face cercetare și inițial făceam cercetare la biochimie unde, în mare măsură, măsuram diferiți metaboliți în sângele pacienților, în principal în contextul bolilor cardiovasculare. Problema este că, așa cum știi, studiile pentru bolile cardiovasculare sunt extraordinar de mari și de extinse.
Acum 20 de ani nu existau granturi în România, nu existau resurse și practic trebuia să cumperi reactivii nu cu bani personali, dar profesoara cu care am lucrat eu la UMF, doamna profesor Maria Dronca, a trebuit să obțină cumva resursele pentru a face experimentele, ceea ce însemna că puteam să măsurăm metaboliții, știu eu, la 40-50 de pacienți. Dacă te uitai la studiile care erau făcute, uite să zic aici în Anglia, erau 10.000 de pacienți, nu aveai nicio șansă să competiționezi.
Și practic am stat un an de zile – a fost un exercițiu foarte bun pe care îl mai spun câteodată și studenților la mine din laborator, mai ales că acum au atâtea resurse – câteodată e bine să stai puțin să te gândești mai bine înainte de a folosi toți reactivii la care ai la dispoziție, toate metodele. Și am petrecut aproape un an gândindu-ne ce boală totuși am putea să studiem, pentru că nu era posibil să studiem bolile cardiovasculare.
Și luam un curs de statistică în anul doi și într-o seară ne-a spus la curs că studiile trebuie de obicei să calculezi puterea unui studiu, dar că sunt excepții când studiile nu trebuie să fie foarte mari. Și una dintre excepții era dacă boala este foarte rară. Dacă boala e foarte rară, n-ai cum să ai un lot mare de subiecți. Și atunci practic imediat am stat să ne gândim: poate că ar trebui să studiem o boală rară. Autismul era considerat o boală rară, mai ales în România atunci – acum știm că e mult mai frecventă decât credeam înainte – și practic autismul a fost într-un fel prima boală care începe cu „A”, nu? Când te uiți la bolile psihiatrice.
Practic asta am făcut. M-am dus și m-am gândit: „Ok, deci să fie o boală a creierului și să fie o boală rară” și am început să mă duc pe listă. Eram în anul doi, nu văzusem încă pacienți deloc. Și am văzut autismul. Ok, sună interesant. Și am mers în clinica de psihiatrie încercând să văd ce putem să facem și atunci am întâlnit unul dintre primii pacienți cu autism și mama lui, Ana Dragu, care de fapt a scris foarte mult în România despre autism și e în mare măsură responsabilă poate pentru informarea publicului în ceea ce privește autismul.
Și l-am întâlnit atunci pe Edward pentru prima dată, care acum e adult, dar a avut o impresie așa de puternică asupra mea. O boală despre care nu știam absolut nimic. Copiii cu autism nu fac contact vizual, nu era interes în interacțiunea socială absolut deloc, limbajul întârziat, prezența de comportamente stereotipale, obsesia. În același timp era foarte bun la a face anumite lucruri, mult mai bun decât alți copii.
Pentru mine asta a fost totul și vezi tu că mai ales atunci nu era la modă să studiezi bolile psihiatrice. Adică erau foarte puțini care studiau bolile psihiatrice, mai ales să le înțeleagă întru totul și cred că probabil de aici a venit și conexiunea pe care am dezvoltat-o pe parcursul anilor cu familiile care sunt în mare măsură disperate pentru orice răspuns. Nu neapărat în a avea un tratament imediat – asta vezi cu timpul – pentru că știu că probabil un tratament nu este fezabil încă sau va mai dura încă foarte mult, dar și de a înțelege ce știm momentan despre autism sau care sunt bazele sau de a avea un diagnostic foarte clar e destul de important.
Dr. Mihail: Într-adevăr, da. Și cumva tocmai din cunoștința asta, chiar dacă nu se naște un tratament curativ, dar atunci când înțelegi, îți dai seama cam ce poți să faci pentru a îmbunătăți viața pacientului respectiv. Dar eu sunt curios, ai întâlnit… l-ai întâlnit pe Edward în anul doi de facultate și asta ți-a deschis interesul spre a studia ce înseamnă boli psihiatrice și a continua cercetarea pe care o faci. Cât la sută era curiozitate științifică și cât la sută era dorința de a ajuta? Care era mixul dintre cele două?
Sergiu Pașca: La început, desigur încă nici nu văzusem pacienți în clinică, de abia făceam semiologie, vedeam foarte mulți pacienți dar cu siguranță nu pacienți în clinica de psihiatrie sau de neurologie, însă în mare măsură cred că a fost curiozitatea. Adică ce se întâmplă? E un mister dacă stai să te gândești. Ce se întâmplă în creierul uman ca la un moment dat să ai aceste modificări de comportament?
Și desigur, autismul este o boală psihiatrică, de exemplu, să ne gândim la schizofrenie. Ce face ca la un moment dat creierul uman să halucineze, să recreeze aproape o altă realitate? Și asta se întâmplă pentru tot restul vieții. Odată ce un pacient cu schizofrenie dezvoltă psihoza, practic nu mai există o modalitate de a-ți reveni. Este o deteriorare cognitivă care se întâmplă în schizofrenie. Deci ce se întâmplă la un moment dat în circuitele astea?
Dr. Mihail: Știm deja ce se întâmplă? Adică poți tu… bănuiesc că ai mulți organoizi de la pacienți cu schizofrenie. Vezi deja ceva diferit în acele celule?
Sergiu Pașca: Avem deja anumite diferențe. Încă e dificil de a lega modelele sau studiile pe care le avem, care sunt încă destul de celulare și moleculare, cu nivelul comportamental sau cu circuitele, dar ne apropiem foarte mult. Și deseori ce am făcut… pentru că aceste condiții psihiatrice sunt foarte heterogene. Sunt foarte heterogene și cel mai probabil – și știm asta – sunt o colecție de boli.
Dr. Mihail: În ce sens? Ce înseamnă heterogen în cazul ăsta?
Sergiu Pașca: Heterogen în sensul că prezentarea clinică este foarte, foarte diferită. Adică este un numitor comun pentru că de aia le punem sub o singură categorie, dar cel mai probabil sunt mai multe boli pe care le punem sub aceeași categorie.
Dr. Mihail: Am putea zice, să zic că diagnosticul de schizofrenie sau autism, am putea spune în viața reală că l-ai putea denumi „mașina s-a stricat”, dar există sute de cauze pentru care mașina se poate strica. Și la fel și în creier avem o manifestare a acelei afecțiuni, dar sunt foarte multe cauze posibile totuși. Și asta mă duce la o descoperire pe care ai avut-o și aș vrea neapărat să vorbim despre ea, pentru că aplicabilitatea și utilitatea acestor organoizi nu este pur teoretică. Tu deja ai descoperit un mod de a trata o boală. Se cheamă Sindromul Timothy și ai publicat despre asta în Nature în 2024. Poți să-mi zici așa pe scurt, să ne explici care a fost traseul, cum de la organoizi ai descoperit cauza acestei boli? Ce este de fapt acest sindrom și cum reușești să-l ții sub control acum cu tratamentul nou apărut?
Sergiu Pașca: Da. Deci dacă ar fi să ne uităm înapoi la raționamentul pentru care am decis să ne uităm la sindromul Timothy… ăsta e momentul în care plecam din România și mergeam la Stanford. Autismul, din nou, este o boală foarte heterogenă și nici nu știi la ce să te aștepți dacă stai să te gândești. Deci gândește-te, acum suntem acum 20 de ani. Știm că nu avem acces la neuronii pacienților și dintr-odată există posibilitatea să avem acces. Am putea face neuroni de la un pacient cu autism. Dar cum știi că ai descoperit ceva diferit? Adică cum arată autismul la nivel celular? Nimeni nu știa. Nu exista nicio… n-am ști.
De exemplu, la un cancer te poți duce pe stradă și dacă întrebi pe cineva care sunt bazele celulare ale cancerului, îți garantez că 80% dintre oameni vor spune: „A, celulele proliferează sau cresc necontrolat.” Aproape oricine știe. Dar dacă întrebi cercetători, ia 100 de cercetători care fac cercetare pe autism și întreabă care sunt bazele celulare ale autismului, vei obține un răspuns diferit de la fiecare. Asta pentru că nu știm. Adică ce se întâmplă în celulele creierului care duce la autism? Dacă tu încerci să modelezi sau să creezi o replică a bolii în laborator, de unde știi că ai reușit? De unde știi că ai făcut modelul ca fiind un model al bolii? Nici nu aveam practic o referință, cu alte cuvinte.
Și de aici a venit ideea de a ne concentra pe o boală în care am ști la ce să ne așteptăm într-o oarecare măsură. Și era momentul în care în autism se descopereau foarte multe gene. Știm de foarte mult timp, din anii ’70, că autismul are o componentă genetică puternică. Asta știm în principal din studii pe gemeni. Știm că dacă unul dintre frați are autism, probabilitatea – mai ales dacă sunt monozigoți – ca celălalt frate să aibă autism este de aproape 90%.
Dr. Mihail: Ok. Și din asta deducem că au ceva genetic în comun. Adică au aceleași gene și deci dacă unul dezvoltă boala înseamnă că și celălalt o dezvoltă. Înseamnă că gena e o genă sau câteva gene care sunt de vină.
Sergiu Pașca: Este o genă. Care nu înseamnă neapărat că este o genă transmisă de la părinți, o mutație transmisă de la părinți. Poate să fie o nouă mutație, de novo, dar știm că probabil este o bază genetică. Deci asta știam deja. Și în perioada asta, acum 20 de ani, începeam să descoperim primele gene care erau asociate sau cauzează autismul și una dintre primele gene a fost o genă care practic produce un canal de calciu. Deci practic o proteină care stă în neuroni și permite ionilor de calciu să intre în neuron.
Este o proteină foarte importantă pentru că practic cuplează semnalele electrice cu semnale biochimice. Creierul funcționează în principal prin semnale electrice, dar odată ce un neuron primește un semnal electric, trebuie să transforme în interiorul celulei semnalul respectiv electric într-un semnal chimic să spună nucleului ce trebuie să facă. O traducere din semnal electric într-un semnal chimic. Ok. Și acest canal de calciu este exact canalul de calciu care face asta. Adică canalul de calciu simte o schimbare în electricitatea membranei și atunci se deschide. Când se deschide permite calciului să intre înăuntru în celulă. Odată ce calciul a intrat, calciul activează o serie de enzime și de proteine și practic spune neuronului că un semnal a venit.
Dr. Mihail: Ok. Și la acești pacienți cu sindromul Timothy, care din nou fusese descris doar cu câțiva ani înainte, știam că există o mutație care cel mai probabil lasă canalul deschis cu foarte, foarte puțin mai mult. Adică vorbim de milisecunde, îl lasă deschis mai mult odată ce semnalul electric a venit. Deci un traducător care mai inventează un pic, să zicem. E un traducător care primește mesajul dar nu-l traduce exact, mai își spune și el părerea un pic.
Sergiu Pașca: Exact. Problema era că n-aveai de unde să știi. Pentru că dacă vrei să studiezi asta, ai nevoie de o celulă care este electric activă, nu? Adică un neuron sau un cardiomiocit. Nu aveam. Nu poți să faci nici bănuială. Era deja prezis unde stă mutația în canalul respectiv. Asta e foarte mișto în cercetare pentru că există descoperiri pe care le faci ad-hoc – studiezi ceva și din greșeală ai o descoperire. Dar există și acest tip de cercetare în care tu ai o ipoteză, o descrii, dar trebuie să o testezi. Ori nu puteai să testezi pentru că nu aveai un creier viu sau un țesut viu din creier până s-au dezvoltat acești organoizi. Exact. Și surprizele de obicei vin după.
Gândește-te, primele experimente când am mers la Stanford: ideea era hai să luăm celule de la acești pacienți cu sindromul Timothy care au această mutație în canalul de calciu. Facem neuroni. Neuronii vor avea canalul, pentru că celelalte celule nu au canalul respectiv – majoritatea celulelor din ficat nu vor avea acest canal de calciu că nu sunt electric active. Le punem în laborator și practic le stimulăm electric și în timp ce le stimulăm electric o să punem în interiorul celulelor o substanță care își schimbă culoarea odată ce concentrația calciului crește și atunci poți să vezi în neuroni că ceva s-a întâmplat și măsori cât calciu intră în celule și compari asta și cu celule normale.
Exact și aveam celule de la un pacient, de la un control, în fine. Aproximativ după șase luni după ce am mers la Stanford, după zile și nopți încercând să facem aceste celule – pentru că din nou erau primii ani după ce aceste celule stem, care se numesc celule stem induse pluripotente (nu pentru că sunt induse să devină pluripotente, nu sunt naturale, nu sunt embrionice) – existau încă controverse dacă celulele astea într-adevăr sunt reproductibile. Începusem să le diferențiem în neuroni.
Și din nou, mergând înapoi la discuția pe care am avut-o la început, îmi amintesc seara în care am făcut experimentul. Ăsta a fost unul dintre acele momente de reflecție. Îmi amintesc că stăteam în fața microscopului – aveam un microscop foarte special – și la un moment dat am injectat o soluție de potasiu care practic stimulează celulele și mă uitam pe monitor și vedeai cum crește calciul în neuroni. Și crește așa încet. Și la un moment dat am făcut controlul și se duce calciul și după aceea am pus primele celule de la pacienții cu sindromul Timothy. Le-am pus și dintr-odată vezi calciul: merge până sus, de două ori mai mult și după aceea stă mult mai mult acolo. Era momentul ăla în care nu-ți vine să crezi.
Dr. Mihail: Ăla a fost unul din momentele tale.
Sergiu Pașca: Ăla a fost unul dintre momentele mele în care îmi amintesc că am stat câteva minute că nu-mi venea să cred că e adevărat și bineînțeles că după aceea nu mai poți, te duci să vezi cine este în cealaltă cameră: „Vino, trebuie să vezi!”. Și după aceea mai vine încă cineva și încă cineva. Și bineînțeles după 15-20 de minute supraveghetorul meu de post-doctorat atunci a venit și din nou toată lumea se uita. Era unul dintre primele defecte văzute în neuroni de la pacienți, care nu erau neuroni de la pacienții respectivi luați prin biopsie, erau avatare crescute în laborator.
Și ăsta a fost începutul. Din nou, neuronii atunci erau foarte simpli. Erau câțiva neuroni într-o structură bidimensională pe care nici măcar nu puteam să o menținem pentru o foarte lungă perioadă de timp. Și a devenit foarte clar că dacă cu adevărat vrem să înțelegem aceste boli complexe ale creierului, va trebui să creăm și circuite. Și atunci în următorii ani am început la un moment dat să agregăm neuronii respectivi, adică să nu-i mai creștem în structuri bidimensionale și să-i creștem în aceste mingi de neuroni care ulterior au devenit cunoscute ca organoizi de creier, organoizi neuronali, depinde ce nume vrei să folosești.
Care au fost din nou foarte utili pentru că am început să înțelegem tot mai mult. Vorbim de aproape 17 ani de studiat această boală până când am ajuns la articolul de care vorbești, care a prezentat prima soluție terapeutică pentru sindromul Timothy.
Dr. Mihail: Tot voi l-ați descoperit?
Sergiu Pașca: Da. Dar practic a început cu: există mutația, atâta știam. Am descoperit primul defect la neuroni, după aceea am descoperit alte defecte. Am început să înțelegem mecanismul molecular, ce face calciul respectiv când intră în celulă, ce gene schimbă, ce se întâmplă cu neuronii. Am descoperit că neuronii nu cresc suficient de bine odată ce nu se mișcă suficient de bine în creier. Deci o serie de descoperiri și la un moment dat – și sincer să fiu nici măcar nu ne gândeam că am putea descoperi o soluție terapeutică în următorii ani – dar este o chestie de genul în care acumulezi așa de multă informație la un moment dat despre o boală și am publicat 6-7 articole pe sindromul Timothy pe parcursul anilor și la un moment dat pur și simplu stai și te uiți și-ți dai seama: „A, asta trebuie să fac!”. E de fapt foarte simplu.
În fine, are de-a face cu modalitatea în care acest canal de calciu este produs în neuroni și la un moment dat a trebuit să facem un screening. Nu este propriu-zis un medicament, este o mică porțiune de acid ribonucleic. Deci ca și ADN-ul sau ca ARN-ul, care practic merge și interferează cu modul în care acest canal este procesat în neuroni.
Dr. Mihail: Și-l calmează un pic sau ce face de fapt?
Sergiu Pașca: Strategia e destul de interesantă pentru că aceste canale își schimbă compoziția foarte mult pe parcursul timpului și sunt mai multe porțiuni ale genei care sunt folosite. Ce facem noi practic este să convingem celula, neuronul de interes, să nu mai folosească partea care are mutația din genă, ci să folosească o altă parte care este echivalentă dar care este prezentă mai târziu în viață. Deci îi dai instrucțiunea de a citi o altă parte din aceeași genă pentru a funcționa.
Dr. Mihail: Ok. Și dacă nu e medicament clasic, cum se introduce? Este injectabil?
Sergiu Pașca: Este injectabil. Este ceea ce am numi un antisense oligonucleotide, deci o oligonucleotidă care este în direcția opusă, cum ar veni. Și practic se injectează intratecal la pacienți. Intratecal, adică în spate, în lichidul cefalorahidian, ca să spele creierul.
Dr. Mihail: Și cât de des se face?
Sergiu Pașca: Încă nu știm exact pentru că suntem probabil la cam două-trei luni înainte de a începe propriu-zis trialul clinic dacă va fi aprobat. Tocmai am terminat ultimele studii de siguranță pe animale să fim siguri că nu există niște reacții adverse complet neașteptate. Dar ce pot să spun e că odată ce am descoperit această secvență – sunt pur și simplu 20 de nucleotide, o porțiune mică de acid ribonucleic – odată ce o adaugi la celule (și nimeni nu știe încă exact cum intră, dar intră în celule), în decurs de câteva ore deja corectează defectul și practic toate defectele celulare de circuit pe care le-am descoperit în toți ăștia 15 ani dispar în decurs de o săptămână sau două.
Dr. Mihail: Ce tare!
Sergiu Pașca: Da. Și bineînțeles că odată ce am demonstrat eficacitatea, vrem să demonstrăm că medicamentul este sigur. De aceea în ultimul an jumătate majoritatea studiilor pe care le-am făcut au fost pe animale – șoricei dar și macaci – pentru că am trebuit să studiem și în animale mai mari. Suntem probabil în următoarea lună sau două când vom cere aprobarea oficială și apoi va trebui să injectăm. Pacienții sunt foarte rari, n-am discutat despre asta, nu sunt decât 20-30 de pacienți în viață în partea lumii care vorbește limba engleză.
Dr. Mihail: Acești pacienți cu sindrom Timothy au și autism?
Sergiu Pașca: Da. Este gena CACNA1C. Din ce am citit în lucrările tale e aceeași genă care apare și în autism, ADHD, schizofrenie, bipolaritate. Exact. E foarte interesant, nu știam asta acum 20 de ani. Singurul lucru pe care îl știam este această mutație care cauzează sindromul Timothy, care este foarte sever. Pacienții se nășteau și inițial mureau pentru că acest canal este important și pentru inimă și aveau o aritmie fatală. Acum se identifică foarte repede. Au și sindactilie, degetele unite. Dacă ai un copil care se naște cu degetele unite și are o aritmie, un long QT, atunci diagnosticul este clar: sindromul Timothy.
Totuși e important de menționat că dacă ai mutații în gena asta poți să ai autism, ADHD, schizofrenie, dar asta nu înseamnă că toți pacienții care au aceste diagnostice au această genă. Sindromul Timothy este o formă extremă. Celelalte mutații sunt fie variante pe care și noi le putem purta în alte părți ale genei. Această genă este foarte importantă pentru funcționarea creierului. Odată ce decuplezi semnalele electrice și semnalele chimice în interiorul unei celule probabil cauzezi o serie de boli psihiatrice.
Dr. Mihail: Fiind o extremă și fiind puțini pacienți v-a permis să identificați exact cauza și să ajungeți la tratament. E adevărat, boala e rară dar deseori bolile rare sunt punctul de intrare în a înțelege boli mult mai comune. Exemplul clasic este hipercolesterolemia. Primele statine au fost studiate pe familii cu mutații extreme și rare de colesterol. Acele familii ne-au spus ce face colesterolul cu adevărat. Cât de aproape crezi că suntem în a înțelege la fel cauzele autismului „comun”?
Sergiu Pașca: În momentul actual avem cel puțin 200 de gene care cauzează diferite forme de autism. Nu știm dacă aceste forme sunt convergente sau divergente. Adică dacă fiecare genă cauzează o boală complet diferită sau dacă sunt niște părți comune ale patofiziologiei, ceea ce ar însemna că am putea avea tratamente care ar funcționa pentru mai multe forme. Săptămâna trecută am avut un articol publicat în Nature încercând să răspundem la această întrebare a divergenței și convergenței. Am avut aproape 100 de subiecți, pacienți cu diferite forme de autism, încercând să înțelegem în ce măsură sunt căi metabolice și biochimice perturbate comun.
Dr. Mihail: Tu ce crezi? Care e feeling-ul tău acum?
Sergiu Pașca: Probabil că n-o să avem 200 de forme de autism, probabil unele dintre ele vor converge. Poate vom avea 10, poate 20 de forme de autism cu mecanisme asemănătoare care pot fi adresate. Momentan tratamentul pentru sindromul Timothy este numai pentru sindromul Timothy, dar nu putem exclude că la un moment dat ar putea avea alte aplicații.
Sindromul Timothy este într-un fel… suntem în Londra, dau un alt exemplu: Rosetta Stone de la Muzeul Britanic. E un exemplu în a înțelege un limbaj vechi misterios pentru că ai o tabletă pe care hieroglifele erau traduse în altă limbă. Mii de ani n-am știut să citim hieroglifele și dintr-odată găsești o bucățică de piatră cu traducerea alături. Odată ce ai traducerea, înțelegi tot. Așa a înțeles Napoleon Egiptul în anii 1800. Nu vreau să zic că sindromul Timothy va însemna o înțelegere a tuturor, dar este un exemplu în sensul că aceeași secvență de experimente – iei celule, le reprogramezi, faci organoizi, asembloizi, îi transplantezi – ne permite să înțelegem bazele moleculare ale unei boli misterioase.
Unul dintre profesorii mei de biochimie de la Stanford – poate că și tu ai studiat după ea – era cartea „Stryer Biochemistry”. Cea mai bună carte de biochimie, era ca o poveste. Când am ajuns la Stanford am realizat că Stryer era acolo. Avea deja 70 de ani. M-am dus timid, m-am introdus și am devenit prieteni. El făcuse cercetare incredibilă, aproape luase Nobelul de două ori. Călătorea, făcea fotografie și când venea înapoi purtam conversații. Ultima conversație am avut-o acum un an, înainte să moară de cancer. Era tipul de om de știință care vedea și „The Big Picture”. A venit la mine în birou când articolul despre Timothy Syndrome urma să apară. M-a întrebat detalii biochimice și la un moment dat se oprește și zice: „Sergiu, îți dai seama ce ai făcut?”. Mi-a fost frică că a găsit o greșeală. Și el zice: „Ai demistificat o boală psihiatrică. Ai mers de la un canal de calciu până la a înțelege întru totul boala și te reîntorci la un tratament. Asta e definiția demistificării unei boli psihiatrice.”
Asta e ultima memorie pe care o am cu el. Ăsta e lucrul extraordinar la Stanford: acești oameni incredibili care au fost generoși cu timpul lor.
Dr. Mihail: Cum a fost pentru tine să ajungi la Stanford din Cluj? Cum te-ai simțit prima dată?
Sergiu Pașca: Inadecvat. Eu nu avusesem training în cercetare fundamentală. Ideea de a produce celule STEM era o idee, dar în cercetare ideile sunt ieftine. Implementarea face diferența. Când am ajuns acolo, noi văzusem un cell culture hood (spațiul în care faci culturile de celule) o singură dată la UMF Cluj, nici măcar nu-l folosisem. Când am ajuns și am văzut că erau șapte într-o singură cameră și nici nu știam cum să-i dau drumul… eram complet nepregătit. Nu aveam nici doctorat. Ceilalți aveau doctorate de la Tokyo sau Heidelberg. Veneam de la UMF Cluj care nu era nici în top 1000 universități din lume.
Dar probabil că motivul pentru care am fost luat a fost că deja făcusem cercetare pe autism în România și publicasem articole. I-am scris direct profesorului Ricardo Dolmetsch. Neavând doctorat nu eram eligibil pentru poziții postdoctorale în Europa, dar în SUA titlul de Medical Doctor (MD) de 6 ani este echivalat cu un doctorat. Cert e că i-am dat un mail, am obținut o bursă de la organizația IBRO (singura care a făcut excepție de la regula doctoratului) și am plecat cu bilet one-way.
La Stanford toate barierele sunt date jos. În primul an nu-i puteam spune mentorului pe numele mic, „Ricardo”. Dar acolo și studenții îmi zic „Sergiu” din prima. Ricardo mi-a zis: „Dacă ai făcut ceva cu adevărat, titlurile nu contează. Contează numai dacă n-ai făcut nimic.” Respectul vine din fapte.
Când am ajuns acolo mi-a fost frică. Ceilalți mi-au arătat cum să folosesc aparatura și mi-au zis: „Să dai drumul la razele UV când pleci”. Eu n-auzisem de asta decât la sala de operație, am început să aplaud de entuziasm. Ceilalți s-au uitat la mine ca la un ridicol. Singura mea apărare a fost să muncesc mai mult. Eram în laborator 16 ore pe zi, 7 zile pe săptămână. După 6 luni am avut primii neuroni și am descoperit defectul canalului de calciu. Într-un an jumătate am publicat pe coperta Nature Medicine.
Stanford mi-a făcut oferta de a rămâne profesor. Acolo unitatea fundamentală este profesorul, care e complet independent. Primești camere goale și o sumă numită „startup”. Ai șapte ani până la evaluarea pentru „tenure” (poziția pe viață). Tu decizi pe cine angajezi, ce microscop cumperi. După 7 ani universitatea cere scrisori de la 15 profesori de top (Harvard, Yale) să întrebe: „E omul ăsta lider în domeniu?”. Mie mi-au dat tenure după 4-5 ani pentru că am introdus asembloizii. Acum sunt „Endowed Professor”, cel mai înalt grad, care vine cu fonduri suplimentare și un scaun cu nume propriu. Numai în America poți ascensiona meritocratic atât de repede.
Dr. Mihail: Incredibil. Sergiu Pașca care a aplaudat la UV și acum la 44 de ani e Endowed Professor la Stanford. Sper să fie inspirațional. Uneori e nevoie doar de un mail și curaj. Astăzi România are mai multe resurse și mobilitate în UE. Tu mai ții legătura cu mediul academic de aici?
Sergiu Pașca: Da, în principal cu UMF Cluj, alma mater. Am fost bine pregătiți clinic acolo. Acum merg frecvent, doamna rector Anca Buzoianu e o vizionară care vede cercetarea ca motor al facultății. Încerc să ajut cu infrastructura centrelor de cercetare. Mulți români se vor întoarce.
Dr. Mihail: Mai avem puțin timp. Ce știm despre epilepsie?
Sergiu Pașca: Epilepsia se suprapune cu autismul. Multe gene cauzează ambele. În Timothy Syndrome ne uităm dacă tratamentul reduce crizele. Epilepsia e greu de studiat pe o singură celulă, ai nevoie de un circuit. De aici au apărut assembloizii. Creierul are 2.000 de tipuri de celule diferite. Un assembloid este când pui organoizi diferiți să se conecteze. Am creat un assembloid al căii cortico-musculare: un organoid de cortex, unul de măduvă și o bilă de mușchi scheletic. Le-am pus în contact și am descoperit că celulele „știu” ce au de făcut. Axonii cresc, se găsesc și după 3 săptămâni mușchiul se contractă. Poți stimula cortexul și obții contracție musculară. De aici numele de „assembloizi”.
Am transplantat organoizi umani la șoricei nou-născuți. Ei cresc și devin o treime sau chiar jumătate din emisferă. E un fel de Frankenstein, dar țesutul e conectat. Dacă miști mustățile șoricelului pe partea opusă transplantului, neuronii umani răspund la stimul tactil. Facem asta pentru că medicamentele care merg in vitro adesea eșuează la pacienți. In vivo, în contextul organismului, e altceva.
Dr. Mihail: Asta ar putea duce la transplanturi pentru Parkinson sau Alzheimer?
Sergiu Pașca: Creierul are perioade critice de dezvoltare care se închid. De exemplu limbajul: dacă nu auzi R și L până la 4 ani, nu le vei distinge (ca în Japonia). Dacă transplantăm la un adult, organoidul stă acolo dar nu se conectează. Singura speranță e Parkinsonul, unde injectăm neuroni dopaminergici care încep să elibereze dopamină. Sunt studii clinice cu recuperări incredibile.
Dr. Mihail: Despre ADHD?
Sergiu Pașca: Înțelegerea e incipientă. Doar 20% din autism are diagnostic genetic clar. La ADHD știm genele dar nu mecanismele. Sper ca în 10 ani să trecem la o „psihiatrie moleculară”, să nu mai definim bolile doar prin comportament (vorbit cu pacientul), ci prin baze moleculare.
Dr. Mihail: Top 3-5 lucruri pentru sănătatea creierului?
Sergiu Pașca: 1. Exercițiul fizic: De departe cele mai multe dovezi. Mersul pe jos 5 ore pe săptămână are efecte incredibile. 2. Meditația: Mindfulness sau transcendentală. În lumea bombardată de informații, 20 de minute cu mintea ta e un lux necesar. Eu fac meditație transcendentală, două sesiuni de 20 de minute (dimineața și după-masa). Primești o mantră și te deconectezi. E ca un somn special. 3. Vitaminele B: Dar numai dacă ai deficit.
Dr. Mihail: Sergiu, îți mulțumesc din suflet. Te-am descoperit pe lista de experți și la scurt timp te-am văzut la podcastul lui Andrew Huberman (unde ați fost colegi de cameră la postdoc). Un mesaj pe Instagram s-a transformat în acest podcast. Mulțumesc și ție că ai rămas cu noi. Dacă vrei să ajungem în laboratorul lui Sergiu din Stanford, scrie în comentarii! Ciao! Pe curând!
