Tkáňové náhrady a techniky klonování

Hledání cest umožňujících náhradu poškozených lidských buněk, tkání a orgánů naráží na řadu překážek biologického, technického i etického charakteru. K. Smetana ml. s kolegy (Vesmír 78, 92, 1999/2) zmínil některé možné přístupy a nastínil perspektivy i omezení spojené s umělými tkáňovými náhradami v humánní medicíně. Zároveň s tímto výzkumem se v posledních několika letech objevily představy, které dříve patřily spíše do sci-fi. Na stránkách seriózních vědeckých časopisů čteme úvahy, jak pro transplantace zajistit dostatek takových orgánů, jako jsou srdce, ledviny či játra, ale také dostatek buněk, které by pomohly zlepšit stav pacientů trpících Parkinsonovou chorobou, cukrovkou a některými dalšími, dosud obtížně léčitelnými chorobami.

Je třeba alespoň stručně uvést, z jakých teoretických zdrojů takové úvahy vycházejí a zda vůbec mají reálný základ. Podnět k úvahám daly rychle se hromadící poznatky z vývojové biologie, především poznání zákonitostí vývoje savčího embrya a molekulární genetiky. Výsledkem těchto poznatků bylo narození pověstného klonovaného jehněte. Dolly však byla již jen posledním článkem dlouhé řady experimentů a její výjimečnost spočívá v tom, že dárcovská buňka pocházela z dospělé ovce. Všechna dříve narozená mláďata (jehňata, telata, opičky, králíci, myši) odvozují svůj původ z jader embryonálních nebo fetálních buněk (viz Vesmír 77, 567, 1998/10).

Zopakujme použitý postup: Odstraní se genetická výbava oocytu (buď čerstvě ovulovaného, nebo dozrálého v kultuře) a do jeho cytoplazmy se přenesou vybrané dárcovské buňky. Jestliže je rekonstruované embryo vystaveno elektrickému šoku, vzniknou předpoklady pro jeho aktivaci a následné dělení. Když všechno dobře dopadne, pokračuje dělení do stadia blastocysty a po přenosu vhodnému příjemci končí narozením jedince shodného genotypu s dárcem jádra. Nabízí se tím možnost vytvářet početnější populace jedinců se shodnou genetickou výbavou. Použité experimentální postupy a technologie, které byly na tomto základě vypracovány, vznikly ve výzkumných zařízeních zabývajících se šlechtěním hospodářských zvířat. Již první pokusy však ukázaly, že tyto postupy mají nízkou účinnost. Přibývaly důkazy o vysokých ztrátách mláďat během vývoje plodu i bezprostředně po narození. Některá narozená zvířata měla příliš velkou hmotnost, mnohdy i několikanásobně vyšší, než je pro příslušný druh obvyklé. Pro uplatnění ve šlechtitelství to znamenalo vážné překážky. Krom toho se země, které si mohou podobné pokusy dovolit, většinou vyznačují nadprodukcí potravin, a ta pochopitelně nevytváří vhodné podmínky pro financování dalšího šlechtitelského výzkumu. Mohl tak vzniknout dojem, že se sice podařilo objevit významné zákonitosti o řízení embryonálního vývoje, ale jejich využitelnost je přinejmenším sporná.

Biologicky aktivní látky využitelné v humánní medicíně

Situace se změnila, když se zjistilo, že lze pro tvorbu klonů použít fetální fibroblasty (buňky izolované z pojivové tkáně). Jejich jádra i přes pokročilejší stadium diferenciace mohou stejně účinně zastoupit buňky embryonální. Mají však jednu přednost, nemusí být použita bezprostředně po izolaci. Ve vhodných kultivačních podmínkách se opakovaně dělí i po několik měsíců a jejich genetickou výbavu lze cíleně obměňovat. Spojení techniky klonování s přípravou transgenního fetálního fibroblastu umožnilo narození ovce Polly, která v mléce produkuje faktor IX, protein odpovědný za srážení krve u lidí trpících hemofilií B. Podobně se uvažuje o získání dalších biologických aktivních látek použitelných v humánní medicíně (například albuminu, fibrinogenu, faktoru VIII). Největší výhodou experimentů s fibroblasty je možnost selektovat pro klonování jen ty buňky, do kterých byl prokazatelně vložen vybraný gen. Spolu s ním lze totiž přenášet i gen pro rezistenci na antibiotika. Po přidání toxické dávky neomycinu do kultivačního systému jsou zničeny všechny buňky, do nichž vybraný gen nebyl přidán. Přežívající buňky by pak měly skýtat záruku, že jedinec, který se z nich narodí, bude produkovat žádaný protein. Už se narodila nejen zmíněná jehňata, ale i transgenní klonovaná telata (a další se očekávají). Na uskutečnění těchto projektů má již převažující podíl farmaceutický průmysl, který buď zakládá svoje pracoviště, nebo se spojuje s těmi, kdo již klonování a modifikaci genomu ovládají. Za příklad může sloužit PPL Therapeutics a Roslinův výzkumný ústav v Edinburku. V USA jsou podobná propojení ještě zřetelnější a snahy o tvorbu zvířat sloužících jako bioreaktory tam jsou mnohem progresivnější.

Zvířata jako dárci orgánů

Ještě odvážnější se jistě jeví představy o využití zvířat jako dárců buněk, tkání či orgánů pro člověka. Jejich dostupnost z tradičních zdrojů má řadu omezení etického či biologického charakteru. Nejlépe jsou s nimi seznámeni ti, kteří mají transplantace v pracovní náplni. Jistě budou přijímat s nedůvěrou úvahy, že by dárcem toho, co má být nahrazeno, mohl být jiný savec než člověk. Přesto se i v odborném tisku objevují názory, které nabízejí zcela revoluční řešení a nevylučují, že by dárcem orgánů mohlo být i prase. Jako podpůrný argument užívají příznivci těchto úvah zdánlivou podobnost mezi dvěma skupinami savců (člověkem a prasetem) včetně poukazů na odpovídající velikost. Teprve náročné experimenty prokážou, zda taková srovnání nejsou spíše účelová. Představy o snadné dostupnosti žádaných buněk, tkání, popřípadě i orgánů jsou sice lákavé, ale jejich uskutečnění se zatím setkává s řadou nepřekonatelných překážek. Každá cizí buňka či tkáň vyvolává bezprostředně po přenosu do příjemcova organizmu prudkou obrannou reakci. Ta je mimo jiné indukována přítomností glykoproteinu modifikovaného enzymem a-galaktosyltransferázou na povrchu zvířecích buněk. Proto se hledají možnosti cílené změny genetické výbavy, které by vyloučily přítomnost tohoto enzymu v organizmu potencionálního dárce. Zda by takový postup vedl k vyšší toleranci vůči přenášeným buňkám a usnadnil tak zvládnutí následných reakcí imunosupresivními farmaky, zůstává s ohledem na řadu dalších imunologických bariér na úrovni spekulací. Další námitku vyvolávají retroviry a nebezpečí jejich přenosu do příjemcova organizmu. Názory na toto nebezpečí se zdají být zcela jednoznačné a není pochyb, že bez dostatečných záruk nikdo nevysloví souhlas s použitím tohoto zdroje buněk v humánní medicíně.

Při vyslovování odvážných cílů se bere velmi malý ohled na současný stav poznatků, nemluví se o tom, jak reálná je možnost zásahu do genomu prasete a následná produkce klonovaných jedinců s vhodným typem buněk či orgánů. Jedno ani druhé nedosáhlo prozatím potřebné úrovně, která by i jen vzdáleně připouštěla možnost využití. Na rozdíl od ovce, skotu či králíka se dosud nepodařilo dosáhnout narození klonovaného prasete. I když samotný přenos jádra do cytoplastu neznamená nepřekonatelnou překážku, nedaří se stimulovat rekonstruované embryo k dalšímu dělení, a pokud se přece začne dělit, zastaví se velmi záhy. Neví se ani, zda příčinou je prostředí, jemuž jsou embrya po přenosu jádra vystavena, nebo biologicky odlišné vlastnosti prasečího cytoplastu. Pro překonání tohoto omezujícího jevu byl dokonce zaznamenán pokus o přenos jádra prasečí buňky do cytoplastu skotu, který skončil rozdělením do čtyř buněk. Lze jen obtížně posoudit, za jakých podmínek by vývoj mohl pokračovat.

Domácí biomedicínská pracoviště

V minulých letech se u nás podařilo shromáždit množství originálních poznatků o tvorbě oocytu prasete a jeho zrání v podmínkách in vivo a in vitro, o oplození a raném embryonálním vývoji. Rovněž o přenosu jader u laboratorních a hospodářských zvířat vznikla ve spolupráci se zahraničními partnery řada pozorování, která byla publikována v uznávaných časopisech. Proto by nebylo rozumné ponechávat tuto nově se rozvíjející oblast bez povšimnutí. Není samozřejmě v našich silách obsáhnout všechny potřebné kroky spojené s cíleným zásahem do genomu jádra dárcovské buňky. Mohli bychom však být užiteční při přípravě a definování výchozích buněk, při manipulaci s nimi včetně přenosu geneticky modifikovaných embryí. O složitosti experimentů tohoto typu svědčí zpráva, v níž je popsána snaha o přenos bovinních neuronů krysám s Parkinsonovým onemocněním. Jen na autorství publikace se podílí 13 pracovníků a každý z nich je špičkovým odborníkem ve svém oboru (Nature Medicine 4, 569, 1998).

Ve výčtu představ o využití poznatků z raného embryonálního vývoje savců a metod molekulární biologie by bylo možné ještě pokračovat. Zmínku určitě zaslouží názory na užití nedávno popsaných lidských embryonálních kmenových buněk a snahy o jejich diferenciaci in vitro. Do jejich aplikace pro zlepšení stavu pacientů postižených diabetes či Parkinsonovou chorobou, popřípadě i dalšími onemocněními, uplyne jistě ještě hodně času. Nelze ani vyloučit, že mnohá z využití, o nichž se uvažuje, nedovolí biologické bariéry a od jejich rozvíjení se upustí. Je ale také pravděpodobné, že se objeví dosud nečekané přístupy a to, oč se dnes vedou spory, se ukáže jako bezpředmětné. Stanovení časových limitů, kdy bude který postup použitelný, se zdá zcela nezodpovědné. Je třeba si uvědomit, že pokrok stále více závisí na těsné spolupráci odborníků různých vědních oborů. Jen takový přístup může omezit rizika spojená s novými objevy. Navíc je třeba počítat se značnou finanční náročností programů a s tím, že se vždy nepodaří najít pochopení organizací, které o poskytování prostředků rozhodují. Přes všechny problémy zmíněné v tomto článku není již dnes pochyb o tom, že zásadní pokrok vývojové biologie, včetně metody klonování, přinese ve spojení s biomedicínskými obory nové léčebné postupy pro řadu lidských onemocnění.