Aktuální číslo:

2017/12

Téma měsíce:

Kontakty

O třech chytrých horákyních

Jak získat eticky „čisté“ lidské embryonální kmenové buňky?
 |  9. 11. 2006
 |  Vesmír 85, 655, 2006/11

Současný svět si neví s lidskými embryonálními kmenovými buňkami rady. Na jedné straně nemůže ignorovat jejich nesporný potenciál. V dnešním biomedicínském výzkumu zaujímají obdobné postavení, jaké ve středověké alchymii náleželo kameni mudrců. Slibují splnění nejsmělejších tužeb. Léčbu chorob, proti nimž je současná medicína bezmocná (viz rámeček 1 ).

Na druhé straně se některých lidem zajídá, že za vznik embryonálních kmenových buněk platíme zánikem lidského embrya. Právní řád mnoha zemí tvorbu embryonálních kmenových buněk vůbec neupravuje, nebo jí dává značnou volnost tím, že nepovažuje embryo za lidskou bytost. V řadě zemí však zákony berou ohledy na křesťanský názor, podle nějž člověk vzniká v okamžiku oplození vajíčka spermií, a tvorbu lidských embryonálních kmenových buněk buď přímo zakazují, nebo radikálně omezují (viz text „Embryonální kmenové buňky v USA“ 2 ). Hledání východiska z této situace připomíná pohádku o chytré horákyni. Biologové se snaží vytvářet nové linie embryonálních kmenových buněk, a přitom si neušpinit ruce smrtí embrya.

Leckterá řešení vzbuzují rozpaky. V některých zemích se například nesmí vytvářet linie embryonálních kmenových buněk, ale může se bádat na buňkách importovaných ze zahraničí. Tamějším vědcům tedy stačí k čistému svědomí to, že za ně embryo „zavraždí“ zahraniční kolegové. Vydejme se ve stopách tří vědeckých týmů, které se s úkolem hodným chytré horákyně popasovaly nikoli úhořovitými právnickými kličkami, ale tvrdou prací v laboratoři.

Horákyně první – americká

První chytrou horákyni najdeme v kalifornské společnosti Advanced Cell Technology (ACT). Řešení zapeklitého problému jak nakrmit vlka embryonálních kmenových buněk, a přitom ponechat vcelku kozu v podobě lidského embrya, naznačil tým pod vedením Roberta Lanzy už v roce 2005. Při pokusech na myších zárodcích vyšli ze skutečnosti, že se embryo tvořené osmi až deseti buňkami (blastomerami) bez jedné či dvou blastomer snadno obejde. Lanzův tým se pokusil vypěstovat embryonální kmenové buňky z jednotlivých blastomer odebraných z embryí. Ty však k takové proměně samy od sebe netíhnou. Teprve v těsném kontaktu s již hotovými embryonálními kmenovými buňkami se začala každá osamostatněná blastomera množit a měnit na „univerzální buněčnou surovinu“ schopnou proměny v jiné typy buněk. Možnosti buněčné „rekvalifikace“ takto získaných embryonálních kmenových buněk Lanzův tým úspěšně ověřil dalšími pokusy. Embrya, která darovala blastomery, se dál vyvíjela a po přenosu náhradním matkám se z nich narodila zdravá mláďata.

Schopnost kompenzovat ztrátu jedné či dvou blastomer má i lidské embryo. Názorně je to patrné při předimplantační genetické diagnostice. Ta přichází ke slovu u párů, v jejichž pokrevním příbuzenstvu se objevila dědičná choroba a hrozí, že by mohla postihnout také jejich dítě. I když jsou partneři normálně plodní, podstoupí oplození ve zkumavce. Vzniknou tak zárodky, z nichž lékaři po třech dnech kultivace odeberou po jedné buňce a ty podrobí genetickým testům. Na základě jejich výsledků lze vybrat embrya, která nezdědila poškozený gen. Daří se tak zabránit dědění chorobné krvácivosti, svalové dystrofie, cystické fibrózy, poruch sluchu, Huntingtonovy choroby a dalších nemocí.

V roce 2006 zopakoval Lanzův tým z ACT pokus vytvořit embryonální kmenové buňky z jednotlivých blastomer na lidských osmi- až desetibuněčných embryích. Z izolovaných blastomer vypěstovali vědci dvě linie embryonálních kmenových buněk. Kdyby Lanza odebral lidským embryím jen jednu či dvě buňky, jak je tomu při předimplantační genetické diagnostice, mohly by se tyto zárodky dál nerušeně vyvíjet. Za čtyři dny by narostl počet jejich buněk ke stovce a zárodky by dospěly do stadia, kdy už pro další vývoj potřebují kontakt s děložní sliznicí matky. Lanza ale zárodky „rozebral“ téměř do poslední buňky. Takto „vybrakované“ embryo nemělo na zdárný vývoj nejmenší šanci.

Embrya zničená i nezničená

Tým z ACT vypěstoval embryonální kmenové buňky z jediné blastomery a prokázal, že metoda v principu funguje i u lidských embryí. Vědci to ocenili. Pro laickou veřejnost byl mnohem důležitější fakt, co se stalo s embryi. Lanza se proto důsledně držel role chytré horákyně. V reálném světě laboratoře zárodky zanikly. V mediálním světě, například v rozhovoru, který Lanza poskytl týdeníku Nature, však žily dál. „Ukázali jsme, že dokážeme vytvořit embryonální kmenové buňky bez zničení embrya a že toto embryo má potenciál pokračovat ve vývoji…“ řekl Lanza.

Týdeník Nature, který Lanzovu studii zveřejnil, postupně uváděl informace o „zničených-nezničených“ embryích na pravou míru. Nejprve připustil, že jen některým embryím „okradeným“ o blastomery bylo dovoleno vyvíjet se dál. Později přiznal, že schopnost pokračovat ve vývoji nebyla prokázána ani u jednoho zárodku. Přitom součástí článku v Nature je i fotografie embrya, které „úspěšné zvládlo“ vývoj po odběru jedné buňky a dosáhlo pokročilého stadia blastocysty. Definitivní uvedení zpráv na pravou míru přišlo ve chvíli, kdy už většina sdělovacích prostředků zveřejnila zkreslenou informaci. S opravou se namáhal málokdo.

Při „přifukování“ významu svých experimentů nebyli vědci z ATC přistiženi poprvé. Důvod? Společnost na tom není finančně dobře. Výzkum je drahý a návratnost investic zatím chabá. Novinové titulky o „metodě bezpečné pro embrya“ přes noc vyhnaly cenu akcií ACT ze 42 centů na 1,83 dolaru. I proto hrál Lanza roli spasitele důsledně až do konce. „Doufáme, že náš objev ukázal východisko z politicky slepé uličky a prezident Bush se přidá na naši stranu, protože embrya nebyla touto metodou ani v nejmenším poškozena. Teď už bude mnohem těžší stavět se tomuto výzkumu na odpor,“ prohlásil Lanza sebevědomě.

Jeho optimizmus byl přehnaný. George Bush sice označil Lanzův pokus za „krok správným směrem“, ale odmítavé stanovisko k embryonálním kmenovým buňkám nezměnil. Výhrady zaznívají i z řad biologů. Kromě „nepřesností“ při představení výsledků výzkumu vytýkají někteří odborníci Lanzovi, že má pro svůj výzkum ryze politické motivy.

„Tenhle přístup nic neřeší,“ řekl jeden z největších expertů na etické otázky biomedicínského výzkumu Arthur Caplan z Centra pro bioetiku při Pensylvánské univerzitě. Naráží na fakt, že metoda je závislá na použití již hotových embryonálních kmenových buněk a představuje jakési „vytloukání klínu klínem“. Biologové vědecký přínos metody zpochybňují.

Lanzův postup „horákyňovské dilema“ nevyřešil, a navíc zanesl do tvorby embryonálních kmenových buněk další problém. Na odejmutí blastomery lze pohlížet jako na určitý druh klonování. U králíka se blastomera odebraná z osmibuněčného zárodku může vyvinout v nového jedince. U myši se podobný postup nikdy nezdařil. Jak je to v případě lidského embrya, nikdo neví. Je odebraná blastomera „pouhá“ buňka, nebo tvoří základ dvojčete „zbytku“ embrya? Není pochyb o tom, že odpůrce embryonálních kmenových buněk zaujme druhá možnost.

Horákyně z Newcastlu

Druhou chytrou horákyni můžeme ztotožnit s týmem Miodraga Stojkoviče z britské Univerzity v Newcastlu. Stojkovič a jeho kolegové se vyhnuli usmrcení embrya tím, že použili embrya již mrtvá.

Tým získával ze dvou klinik pro pokusy zárodky, která nemohly být využity při léčbě neplodnosti oplozením ve zkumavce. Lékaři přenesli pacientkám nejkvalitnější embrya. Na vědce zbylo 132 zárodků „druhé jakosti“, které ve vývoji nepokračovaly. Stojkovič je držel k laboratorních podmínkách dva dny, a když se přesvědčil, že se „nevzpamatovaly“, mohl je s klidným svědomím prohlásit za mrtvá. S embryonálními „mrtvolkami“ zopakovali vědci postup, jakým se získávají embryonální kmenové buňky z živých embryí. Zbavili embrya bílkovinného obalu a kultivovali je na tenké vrstvě lidských vazivových buněk. Z jednoho zárodku se jim podařilo vypěstovat embryonální kmenové buňky. Úspěšnost postupu byla velice nízká – necelé procento. Přesto vzbudily výsledky (publikované v časopise Stem Cells) velkou pozornost.

„Drtivá většina buněk je v mrtvém embryu zničena. Přesto tam může zůstat několik málo buněk, které sice nedokážou zajistit zárodku další vývoj, ale jsou použitelné pro tvorbu embryonálních kmenových buněk,“ řekl v rozhovoru pro vědecký týdeník Nature Stojkovič, který od začátku roku 2006 působí ve Výzkumném centru prince Felipa ve španělské Valencii.

Srbský biolog odmítá, že by jej k práci s mrtvými embryi motivovala snaha překonat odpor některých lidí k tvorbě embryonálních kmenových buněk. „Chceme z darovaných embryí vytěžit co nejvíce,“ říká Stojkovič. „Jsem přesvědčený, že když nám někdo daruje lidské embryo pro výzkum, máme morální povinnost vytěžit z tohoto materiálu co nejvíc. A my jsme se teď přesvědčili, že mrtvá embrya nemusíme vyhazovat, jak jsme to dělali až doposud.“

Vědci ze zemí, kde je tvorba embryonálních kmenových buněk z lidských embryí zakázána, např. v Německu nebo USA, však vidí přínos Stojkovičovy práce právě v tom, že prolomil bariéru etických výhrad k embryonálním kmenovým buňkám. „Nedochází k destrukci embrya,“ řekl pro Nature Hans Schöller, ředitel Ústavu Maxe Plancka pro molekulární biomedicínu v Münsteru. „Jestli se všechny výsledky potvrdí, pak nevidím, jak by někdo mohl takto vytvořené embryonální kmenové buňky napadnout a označit jejich tvorbu za neetickou.“

Schöllerův optimizmus zdaleka nesdílejí všichni. Mnozí odpůrci nečiní rozdíl mezi živými a „trošku živými“ embryi a jsou toho názoru, že lidská důstojnost je pošlapávána už oplozením ve zkumavce.

Horákyně „made in Japan“

Eticky nejméně kontroverzní řešení nabízí zřejmě třetí chytrá horákyně. Sídlí na Univerzitě v Kjótu a představuje ji vědecký tandem ve složení Shinya Yamanaka a Kazutoshi Takahashi. Japonští biologové představili zdánlivě nesmyslný koncept – tvorbu embryonálních kmenových buněk bez použití embrya. Vykultivovali embryonální kmenové buňky z tělních buněk odebraných z těla dospělých myší. Schůdnost této krkolomné cesty dokazují ve stati otištěné v prestižním biologickém časopisu Cell.

Embryonální kmenové buňky se vyznačují typickým vzorem aktivních genů. Yamanaka a Takahashi jich pro své experimenty vytipovali čtyřiadvacet a v laboratorních podmínkách zkoušeli aktivovat tyto geny ve vazivových buňkách (fibroblastech) dospělých myší. Dočkali se velkého překvapení. Fibroblasty se měnily na buňky nápadně podobné embryonálním kmenovým buňkám při aktivaci pouhých čtyř genů. Konkrétně šlo o geny označované jako Oct3/4, Sox2, c-Myc a Klf4.

Kupodivu nebylo k proměně na embryonální kmenové buňky zapotřebí exprese genu nanog, objeveného skotským biologem Austinem Smithem v roce 2003. Exprese tohoto genu plní klíčové role v časných fázích vývoje savčího embrya a udržuje u jejich buněk pluripotenci. Znamená to, že buňky s expresí genu nanog se mohou diferencovat v kterýkoli z 230 typů buněk dospělého savčího těla. To se odráží i v názvu genu, který je odvozen z jména keltské mytické země věčného mládí Tir Nan Og (viz Vladimír Vondrejs: Vstupenka do „Země věčného mládí“, Vesmír 82, 71, 2006/2).

Yamanaka a Takahashi vystavili nově vypěstované kmenové buňky, pro které razí označení „indukované pluripotentní buňky“, zásadní zkoušce ohněm. Vstříkli je pod kůži myším s defektním imunitním systémem a sledovali jejich další osud. Z indukovaných pluripotentních buněk narostly komplikované novotvary, v nichž lze nalézt pestré spektrum nejrůznějších typů buněk. To dokazuje, že „převychované“ tělní buňky získaly schopnost proměny na všemožné typy buněk dospělého těla a chovají se jako buňky vypěstované ze zárodku.

Ani japonští biologové však zřejmě nepřinášejí konečné řešení „horákyňovského dilematu“. Obavy vzbuzuje například zapnutí genu c-Myc, který se u člověka podílí na vzniku některých typů zhoubných nádorů. Výzkum „převýchovy“ buněk odebraných z dospělého těla přesto představuje jeden z nejnadějnějších směrů současného biomedicínského výzkumu. Slibuje toho opravdu hodně. K tvorbě embryonálních kmenových buněk by už nebylo zapotřebí lidské embryo. Navíc by bylo možné vyrobit vlastní embryonální kmenové buňky pro případnou léčbu každému pacientovi z jeho vlastních buněk. Tím by padly potíže, které může vyvolat reakce pacientovy imunitní obrany na podání léčebných buněk vypěstovaných z cizího embrya. Indukované pluripotentní buňky by tak mohly nahradit metodu léčebného klonování, do které se vkládaly obrovské naděje v souvislosti se zprávami o úspěších jihokorejského týmu ze Soulské univerzity vedeného Woo Suk Hwangem. Bohužel jen do chvíle, než se ukázalo, že Hwang své klíčové práce zfalšoval.

Literatura

Abbott A., Nature 443, 12, 2006
Abbott A. et al., Nature 443, 336–337, 2006
Klimanskaya I. et al., Nature (Advanced on line publication) DOI: 10.1038/nature05142
Surani M. A., McLaren A., Nature 443, 284–285, 2006
Takahashi K., Yamanaka S., Cell 126, 663–676, 2006
Vogel G., Science 313, 1031, 2006
Zhang X. et al., Stem Cells Express, stemcells.alphamedpress.org/cgi/reprint/200... >

EMBRYONÁLNÍ KMENOVÉ BUŇKY A BUNĚČNÉ TERAPIE

Lidské embryonální kmenové buňky jsou většinou získávány laboratorní kultivací buněk odebraných ze zhruba týden starých lidských embryí. Pro tyto účely se odebírá z embrya ve stadiu blastocysty část zvaná embryoblast. Embryonální kmenové buňky se v laboratorních podmínkách neomezeně množí a mohou se diferencovat s výjimkou buněk placenty na kterýkoli z 230 buněčných typů dospělého lidského těla. Záleží jen na podmínkách, v jakých jsou kultivovány.

Za základních podmínek se buňky množí, ale nediferencují. V přítomnosti patřičných regulačních molekul (např. růstových faktorů) dochází k diferenciaci. Právě z toho čerpá naději biomedicínský výzkum. Buňky diferencované v laboratorních podmínkách by mohly posloužit přímo k léčbě (např. neurony produkující dopamin pro léčbu Parkinsonovy choroby). Snad najdou uplatnění také jako „stavební materiál“ v oboru tkáňového a orgánového inženýrství, jež si kladou za cíl „pěstovat“ tkáně a orgány v laboratorních podmínkách. Bohužel všechny taje diferenciace embryonálních kmenových buněk zatím neznáme. Hrozí proto riziko, že vytvořené specializované buňky nezvládnou kompletní rejstřík úloh, jež se od nich očekávají.

Zvažuje se i léčba nediferencovanými embryonálnímu buňkami, protože by mohly vytvářet vhodné podmínky pro přežívání buněk a regeneraci nemocné či poraněné tkáně. Přítomnost nediferencovaných embryonálních kmenových buněk v těle však s sebou nese riziko jejich dodatečné spontánní diferenciace a tvorby novotvarů. Toto riziko provází i léčbu diferencovanými buňkami, pokud neproběhne diferenciace u všech použitých buněk a v buněčné populaci zůstanou i nediferencované embryonální kmenové buňky.

Z těchto ošemetných situací vedou dvě principiální východiska. Buď zvládnout dokonale diferenciaci embryonálních kmenových buněk, nebo důsledně oddělit zrno od plev – tedy perfektně diferencované buňky od buněk diferencovaných neúplně či špatně.

EMBRYONÁLNÍ KMENOVÉ BUŇKY V USA

Drtivá většina linií lidských embryonálních kmenových buněk zatím byla získána kultivací buněk zhruba šestidenních lidských embryí. Na rozdíl od embrya už embryonální kmenové buňky nezajistí vývoj člověku. Řada lidí s tím nemá žádný problém. Šestidenní embryo ve stadiu blastocysty, tvořené zhruba stovkou buněk, nepovažují za lidskou bytost. Například i proto, že se embryo v této vývojové fázi může rozdělit a vzniknou jednovaječná dvojčata. Blastocysta tedy není lidské individuum čili „bytost nedělitelná“. Islám a judaizmus časují vznik lidské bytosti do poměrně pozdních vývojových stadií, kdy jsou patrné první tepy srdce plodu. Země s islámskou a judaistickou tradicí jsou proto k tvorbě lidských embryonálních kmenových buněk celkem tolerantní. Křesťané však vidí v embryu lidskou bytost od okamžiku oplození vajíčka spermií a proměnu lidského zárodku v embryonální kmenové buňky vnímají jako „vraždu“. Z tohoto náhledu vyvěrá odpor proti lidským embryonálním kmenovým buňkám, který se stal v některých zemích, především v USA, oficiální státní doktrínou.

Američtí vědci smějí z federálních zdrojů financovat výzkum pouze na čtyřiašedesáti oficiálně povolených liniích embryonálních kmenových buněk, vytvořených před srpnem roku 2001. Nové linie se za federální prostředky vytvářet nesmějí. Lze je však vytvářet s podporou jednotlivých států nebo za soukromý kapitál, protože federální zákon zakazující tvorbu embryonálních kmenových buněk nebyl zatím schválen. Z „oficiální sady“ povolených linií embryonálních kmenových buněk je pro potřeby výzkumu prakticky použitelných jen jednadvacet. Pro případnou léčbu se nehodí žádná, protože byly vypěstovány na myších „živných“ buňkách a jsou kontaminovány myšími proteiny. Tato situace vytváří klima pro intenzivní hledání alternativních, „eticky čistých“ metod tvorby embryonálních kmenových buněk.

Ke stažení

O autorovi

Jaroslav Petr

Prof. Ing. Jaroslav Petr, DrSc., (*1958) vystudoval Vysokou školu zemědělskou v Praze. Ve Výzkumném ústavu živočišné výroby v Uhříněvsi se zabývá regulací zrání savčích oocytů a přednáší na České zemědělské univerzitě v Praze. Je členem redakční rady Vesmíru.
Petr Jaroslav

Doporučujeme

Přemýšlej, než začneš kreslit

Přemýšlej, než začneš kreslit

Ondřej Vrtiška  |  4. 12. 2017
Nástup počítačů, geografických informačních systémů a velkých dat proměnil tvorbu map k nepoznání. Přesto stále platí, že bez znalosti základů...
Tajemná „Boží země“ Punt

Tajemná „Boží země“ Punt uzamčeno

Břetislav Vachala  |  4. 12. 2017
Mnoho vzácného zboží starověkého Egypta pocházelo z tajemného Puntu, kam Egypťané pořádali časté obchodní výpravy. Odkud jejich expedice...
Hmyz jako dokonalý létací stroj

Hmyz jako dokonalý létací stroj

Rudolf Dvořák  |  4. 12. 2017
Hmyz patří k nejdokonalejším a nejstarším letcům naší planety. Jeho letové schopnosti se vyvíjely přes 300 milionů let a předčí dovednosti všech...

Předplatným pomůžete zajistit budoucnost Vesmíru

Tištěná i elektronická
verze časopisu
Digitální archiv
od roku 1994
Speciální nabídka
pro školy a studenty

 

Objednat předplatné