Přijde převrat v medicíně? Vědci nečekaným způsobem omladili buňky

Necelá půlhodina v lehce kyselém roztoku má stačit k tomu, aby myší buňky téměř zázračně omládly. Objev japonských vědců otevírá nové možnosti v biotechnologiích, včetně výroby náhradních orgánů z pacientovy tkáně či výrazně zjednodušeného a dokonalejšího klonování. Na metodě pro lidské buňky už se pracuje.

Záběr z procedury vytvoření embryonálních kmenových buněk. Nově objevené STAP buňky by měly umožnit práci bez jehel. | foto: Shoukhrat Mitalipov et al. , Profimedia.cz

Upozornění: Objev tzv. STAP buněk se nakonec nepotvrdil. Původní práce byla stažena, jeden ze spoluautorů dokonce spáchal sebevraždu.

Zdá se to být jednoduché jako facka, uchýlil se k ryze českému přirovnání biolog Josef Fulka nad výsledky, které ve čtvrtek 29. ledna zveřejnili vědci z japonského ústavu RIKEN (placený přístup odsud a odsud). "Ale převratné věci bývají jednoduché," dodává vědec z Výzkumného ústavu živočišné výroby.

Malý slovníček

Kmenová buňka: Ty buňky, která má schopnost se dělit a měnit na jiný buněčný typ. Může tedy nahradit poškozené buňky nebo sloužit jako základ nových tkání. V lidském těle je celá řada typů kmenových buněk, každý se může měnit obvykle jen na určitou skupinu buněk, třeba svalových atp.

Embryonální kmenová buňka: Jde o tzv. „pluripotentní“ kmenovou buňku. Pluripotentní je z latiny odvozený výraz složený ze slov plurimus, které znamená "nejvíce", a potens čili mohoucí nebo schopný (příklad použití tohoto kořenu snad uvádět nemusíme). "Nejvíce mohoucí" buňky se mohou vyvinout v jakýkoliv buněčný typ přítomný v dospělém těle.

iPS buňka (tzv. Indukovaná pluripotentní kmenová buňka): Typ buněk, který se také dokáže změnit v libovolnou tkáň v těle. Vznik této buňky byl ale vyvolán (indukován) zvenčí.

STAP buňky: nově popsaný druh buněk vzniklý po máchání v kyselé lázni. Jsou také pluripotentní a mohou se měnit v různé typy buněk. Zdá se, že umí dokonce i věci, které neumí embryonální kmenové buňky.

Českého odborníka na klonování překvapil a potěšil popis prostého způsobu, jak "vymazat" program dospělých buněk našeho těla a vytvořit z nich tvárnou biologickou hmotu podobnou buňkám embrya. Postup je zatím doložený pouze u myší, ale už tak slibuje zásadním způsobem rozšířit i ulehčit řadu postupů a vést k vytvoření nových. A pokud bude fungovat i u člověka, což je podle biologů velmi pravděpodobné, přinese změnu zcela zásadní. Například by měl významně ulehčit vývoj technologie "výroby náhradních dílů" na míru určitému pacientovi.

Představme si to tak, že pacient by přišel do nemocnice. Lékaři mu odeberou dostatek vhodných buněk (třeba kousek kůže). Ty pak ponoří do roztoku a po několika dnech budou mít k dispozici "omládlé" pacientovy buňky, které pak nasadí do další speciálně připravené lázně s obsahem určitých biologických látek. Podle jejich složení z nich mohou vypěstovat třeba kožní štěp či jen vytvořit injekci s buňkami, které po vstříknutí do postiženého orgánu pomohou pacienta uzdravit (vypěstovat celý orgán v laboratoři se zdá být zatím opravdu příliš složité a nedaří se to).

Půl století starý sen

Vytváření nových tkání z těla a pro potřeby konkrétních pacientů není nová myšlenka, začala se nesměle rýsovat zhruba před 50 lety. Do té doby měla většina biologů za to, že buňky se během života pohybují po jednosměrné ulici. Měly kráčet směrem od "mladých" embryonálních buněk k jednomu z mnoha typů "dospělých" buněk (svalových, nervových atd.) a nikdy ne opačně.

Nositelé Nobelovy ceny za fyziologii a medicínu v roce 2012. Vlevo Šinja Jamanaka, vpravo John Gurdon.

Toto biologické dogma ovšem postupně bořily nové poznatky. V roce 1962 John Gurdon pokusem s přenosem jednoho buněčného jádra do neoplozeného vejce dokázal, že buňky během vývoje evidentně "nezapomínají" a nesou v sobě všechny potřebné informace k tomu, aby znovu omládly. Důsledkem jeho objevu bylo nakonec naklonování ovce Dolly, který proběhl také přenosem jádra, a také dnešní velké klonovací "továrny" v Asii.

V roce 2006 se ukázalo, že vrátit buňky do mládí je ještě jednodušší, stačí k tomu směs správných biologických látek. Jen pomocí několika určitých biologických látek lze dospělé buňky přinutit, aby zapomněly na svou funkci a změnily se na buňky velmi podobné těm, které existují v embryu. Na buňky, které jsou schopny změnit se v libovolnou tkáň, pokud dostanou z okolí správný signál. Výsledné buňky nejsou úplně stejné jako buňky embryonální, ale mají k nim velmi blízko. Objev "přeprogramování" dospělých buněk učinil Japonec Šinja Jamanaka, který za něj (společně s Gurdonem) dostal v roce 2012 Nobelovu cenu.

Jak prosté

Nová práce japonských vědců však dovádí jednoduchost celého procesu na úplně novou úroveň. Podle jejich práce stačí jen krátká koupel (25 minut) v nepříliš kyselém roztoku (pH 5,7, čaj má pH cca 5,5). Změny v buňkách jsou pak zcela zásadní. Některé geny se uspí, další se naopak proberou, až se celková genová aktivita nápadně přiblížila úrovni "věčně mladých" buněk embrya, které dokážou vytvořit jakýkoliv typ tkáně podle toho, jaký dostanou biochemický pokyn (tzv. pluripotence).

Japonští vědci nový typ buněk nazvali STAP buňky (anglická zkratka "stimulus-triggered acquisition of pluripotency", čili buňky se stimulem získanou pluripotencí). STAP buňky jsou pak po vystavení dalším růstovým látkám více než pluripotentní (odborný výraz je totipotentní). Lze z nich vypěstovat také buňky placenty. Ty z žádného typu embryonálních buněk vypěstovat nelze.

Zdá se tedy, že krátká kyselá lázeň vymaže všechny "ochrany" buňky a udělá z ní dokonale čistou tabuli, na kterou je opravdu možné zapsat cokoliv. Jak a proč se tak přesně děje, to vědci zatím přesně nevědí.

Důležité je, že se to děje rychle, s dostatečně vysokou účinnosti, a potenciálně tedy levně i v klinické praxi. "Další ohromná výhodou je, že takto jednoduchý postupu lze těžko zakázat či regulovat," říká Josef Fulka. To znamená, že jeho případný přenos do praxe by mohl být rychlý a pacientům by mohl pomáhat poměrně brzy. 

Ale nebude to jistě hned. V první řadě je zapotřebí dokázat, že "omladit" tímto způsobem nejde jen myší buňky (vlastně mladé myší buňky, protože vědci používali buňky odebrané myším starým jen několik dnů).

Myší embryo vytvořené z buněk "vystresovaných" k omládnutí kyselou koupelí

Určitě to nepůjde zcela bez problémů. Stejně jako u kmenových buněk i jejich "příbuzných" iPS buněk hrozí například, že použití případných "náhradních dílů" z těchto buněk může být spojeno s příliš vysokým rizikem rakoviny (nebo jiných komplikací, ale riziko zhoubného bujení se zdá být nejvážnějším problémem).

Nemusí jít o otázky neřešitelné. Vždyť v Japonsku už například probíhají klinické zkoušky preparátů z iPS buněk u lidských pacientů, takže je jasné, že riziko by nemělo být alespoň v některých případech tak veliké. Samozřejmě, výsledky mohou být nepříznivé. Ale to vše teprve přijde na pořad dne, nyní vědci teprve vstřebávají překvapení z prvních zpráv.

Z koupele do opozice

K objevu došlo v laboratořích japonského ústavu RIKEN a na svědomí ho má Haruko Obokataová. Její inspirací byla mrkev. Některé rostliny totiž vytvářejí kmenové buňky v odpovědi na velmi jednoduché stresové stimuly, například po naříznutí. Pak se jejich dospělé buňky vrátí do stavu buněk kmenových a mohou účinněji opravit škody na rostlině.

Haruko Obokataová pro časopis Nature řekla, že při koupání (kupodivu ne při krájení mrkve) ji napadlo zjistit, zda něco podobného dokážou i savčí buňky. Dnes už ví, že správná odpověď byla právě koupel, ale na to přišla až za dlouho. Předtím vyzkoušela vše možné, od "pasírování" buněk pipetami, omezení přístupu živin, změny teplot apod. Je v podstatě zázrak, že někdo její práci nezastavil jako mrhání časem.

Když přišla na správnou odpověď, narazila na jinou překážku: objev vypadal až podezřele krásně. "Nechápala jsem, proč mi nikdo nevěří," řekla reportérovi časopisu Nature. Ale vytrvala, sbírala další a další údaje a měření, aby bylo jasné, co přesně se v její laboratoři děje. V přesvědčování kolegů a redaktorů vědeckých časopisů uspěla až nyní, pět let po prvním pokusu.

Zveřejněním ovšem nic nekončí, naopak. V laboratoři autorů už probíhají zkoušky na lidských buňkách (a zřejmě se brzy rozběhnou i jinde). Úspěch rozhodně není jistý, ale je pravděpodobný. Prakticky jisté ovšem je, že výsledky znovu povzbudí zájem o pluripotentní buňky a jejich možné aplikace. Nemusí to být rovnou léčebné prostředky pro člověka, ale třeba i vývoj nových a lepších zvířecích kmenů, které poslouží jako modely pro vývoj léků na lidské nemoci. Poskytují unikátní výzkumné nástroje, které by měly přispět například k urychlení a usnadnění vývoje nových léků.

Otázkou je, zda jsme na to připraveni. Biotechnologie se vyvíjejí tak bouřlivě, že třeba v oboru genetických modifikací už dnes legislativa výrazně zaostává za technologií. Bude to u výzkumu, ze kterého mohou vzniknout "náhradní díly" pro lidské pacienty, stejné?

Klonování jednoduše

Na první pohled nejsou STAP buňky eticky kontroverzní. Ale možná ne na dlouho. Časopis NewScientist přišel s informací, že STAP buňky měly umožnit první "dokonalé" klonování.

Když se dnes klonují organismy, jsou k tomu zapotřebí buňky dvě. Z první je třeba pouze jádro (to obsahuje nejdůležitější část DNA). Druhá buňka (neoplozené vajíčko) je pak naopak jádra zbavena, přesto je nezbytná. I bez jádra totiž obsahuje složitou mašinérii, která poslouží k přeprogramování vloženého jádra do té podoby, jakou mělo v embryu.

Klonování je tedy v podstatě přenos jádra jedné buňky do neoplodněného vajíčka. Nejde tedy o dokonalou kopii původního "dárce", protože i připravené vajíčko obsahuje nějakou genetickou informaci (například DNA v mitochondriích).

Podle jednoho z členů týmu se ovšem se STAP buňkami podařilo něco více: vytvořit v laboratoři shluk několika buněk, který se pak po přenosu do těla myši spontánně vyvinuly ve zdravé embryo.

To by vedlo ke zcela zásadnímu zjednodušení klonování a možnému zlevnění a rozšíření této metody a šlo by o první dokonalý klon v dějinách vědy.

Haruko Obokataová ovšem tuto informaci popřela: k žádné takové události a ke klonování touto metodou podle ní nedošlo. V rozhovoru s novináři řekla, že by její spolupracovníky tato otázka zajímala, a tak se možná brzy dočkáme odpovědi na otázku, zda myší STAP buňky dokonalé klonování umožňují, či nikoliv. Pokud ano, a zatím se to nezdá vyloučené, můžeme čekat kolem této otázky velmi živou debatu. Zvláště pokud se podaří tento typ buněk vytvořit i z lidské tkáně.