Aktuální číslo:

2017/11

Téma měsíce:

Propaganda

Kmenové buňky v roce 2007

Vědci na horské dráze
 |  17. 1. 2008
 |  Vesmír 87, 19, 2008/1

Situaci ve výzkumu kmenových buněk lze ve stručnosti vyjádřit veršem z písně Jaroslava Ježka: „Jednou jsi dole, jednou nahoře.“ Tempo, s jakým k těmto změnám dochází, navozuje intenzivní pocit jízdy na horské dráze.

Dospělé kmenové buňky, nebo terapeutické klonování?

Princip buněčné terapie je prostý. Narušenou, nedostatečně výkonnou tkáň nebo orgán lékaři vyspraví pacientovi buňkami. Nejde o žádné sci-fi. Za buněčnou terapii můžeme považovat i transfuzi krve nebo transplantaci kostní dřeně. Ambice tohoto biomedicínského oboru jsou však mnohem vyšší. Buněčná terapie by mohla léčit Parkinsonovu chorobu, přispívat k uzdravení srdečního svalu poškozeného infarktem či pomáhat při hojení těžkých popálenin. Buňky potřebné pro tyto lékařské zákroky ale nejsou tak snadno k mání jako krev pro transfuzi. Kde je vzít?

Současná biomedicína upírá naděje hned k několika zdrojům. První jsou buňky z těla dospělého člověka, které si udržely schopnost proměny na jiné typy buněk. Označujeme je jako dospělé kmenové buňky. 1) Repertoár proměn těchto buněk bývá různě pestrý a může v něm zaznít i „falešná nota“. Pokud se množení a diferenciace dospělých kmenových buněk vymkne kontrole, může vyústit až v nádorové bujení (viz např. článek Františka Šťastného „Nervová kmenová buňka – doktor Jekyll, či pan Hyde?“ v tomto čísle Vesmíru).

Dospělé kmenové buňky pro nás mají i mnohem přívětivější tvář. V roce 2002 popsala americká bioložka Catherine Verfaillieová typ dospělých kmenových buněk z kostní dřeně, které jsou s to proměny na jakýkoli ze všech 230 typů buněk dospělého savčího těla. 2) Vzklíčilo tak semínko naděje, že bychom mohli odebrat nemocnému buňky kostní dřeně a vypěstovat z nich v laboratoři prakticky jakýkoli typ buněk použitelný pro léčbu. Imunitní obrana pacienta by tyto buňky neodmítala, protože by je rozeznala jako vlastní.

Úspěch Catherine Verfaillieové je někdy považován za důkaz zbytečnosti výzkumu buněk, které lze vypěstovat z lidského embrya (proto jsou označovány jako embryonální kmenové buňky). Také u nich byl prokázán kompletní rejstřík proměny na buňky dospělého lidského těla. K embryonálním kmenovým buňkám shodným s buňkami pacientova organizmu vede o poznání svízelnější postup, označovaný jako terapeutické klonování. 3) Můžeme si jej přiblížit na příkladu člověka, který utrpěl infarkt myokardu. Lékaři by mu z těla odebrali kožní buňku a spojili by ji s lidským vajíčkem zbaveným vlastní jaderné dědičné informace. Vzniklo by lidské embryo, z něhož by byly následně vypěstovány embryonální kmenové buňky. Ty lze v laboratoři namnožit a nechat vyvinout v buňky srdeční svaloviny, jimiž by lékaři „vyspravili“ srdce poškozené infarktem. Ani s přijetím takové svaloviny by neměla pacientova imunitní obrana problém, protože by to byly jeho vlastní buňky.

Klonování se dostává do čela

V letech 2004 až 2005 se zdálo, že terapeutické klonování zvládli jihokorejští vědci. 4) Naděje pohasly, když byl Woo Suk Hwang ze Soulské národní univerzity usvědčen z vědeckých podvodů. 5) V té chvíli byli na koni ti, kdo vsadili na dospělé kmenové buňky. I je však čekalo nepříjemné překvapení. Průlomové experimenty Catherine Verfaillieové nedokázal nikdo zopakovat. Nedávno se ukázalo, že její klíčové publikace v časopisech Nature a v Experimental Hematology obsahují závažné nesrovnalosti. 6) Výsledky revize jsou deprimující. Buňky kostní dřeně se zcela jistě dovedou proměnit na krvinky, kost, tukovou tkáň, sval či chrupavku. Přesto se šíří možných proměn zdaleka nevyrovnají embryonálním kmenovým buňkám.

Šanci tak dostalo opět terapeutické klonování.

Tým amerických vědců vedený Shoukratem Mitalipovem z Oregonského národního centra pro výzkum primátů chytil příležitost za pačesy. Spojili opičí buňky s 304 vajíčky zbavenými vlastní jaderné dědičné informace a získali tak 35 embryí, jež dosáhla stadia vhodného pro tvorbu embryonálních kmenových buněk. Z nich se podařilo získat dvě linie těchto buněk. Poprvé tak byl ověřen princip terapeutického klonování u primátů. 7)

Po Hwangově skandálu v to věřil jen málokdo.

Všechny strašila publikace týmu amerického biologa Geralda Schattena z roku 2003, která dokazovala, že při odstraňování jaderné dědičné informace z vajíčka určeného ke klonování mizí u primátů zároveň i bílkoviny nutné pro další zdárný vývoj zárodku. Vytvořená opičí embrya svou dědičnou informaci dělí mezi nově vznikající buňky s mnoha chybami. 8)

„Je to galerie genetické hrůzy,“ tvrdil Schatten. Mitalipov prokázal, že u makaka se lze těmto problémům vyhnout. Cesta k terapeutickému klonování s lidskými buňkami ale může být ještě trnitá. Zatím nepublikované výsledky z amerických laboratoří naznačují, že postup vedoucí k úspěchu u makaka selhává už u blízce příbuzného paviána. Přesto britská bioložka Mary Herbertová z Univerzity v Newcastlu zahájila ve spolupráci s Mitalipovem pokusy na terapeutickém klonování s lidskými buňkami.

Dospělé buňky vracejí úder

Terapeutické klonování si ještě nestačilo užít svých pět minut slávy, když se světem rozlétla zpráva o úspěchu dvou vědeckých týmů, které nabízejí další, zcela novou cestu k všestranným kmenovým buňkám. Japonský tým, který vede Shinya Yamanaka z Tokijské univerzity, aktivoval v tělních buňkách odebraných dospělým lidem čtyři geny, jež kódují transkripční faktory. Molekuly OCT4, SOX2, c-MYC a KLF4 zapínají v buňkách řadu dalších genů, a tím mění jejich vzhled i funkce. 9) Vznikají tak indukované pluripotentní buňky, které se nápadně podobají lidským embryonálním kmenovým buňkám. Indukované pluripotentní buňky Japonci v laboratoři „rekvalifikovali“ na řadu specializovaných buněk, např. na tepající buňky srdečního svalu. Je tedy vyhráno? Není! Dřívější pokusy s buňkami myší odhalily Achillovu patu celého postupu. 10) Nadměrně aktivní transkripční faktor c-MYC je s to rozpoutat v buňkách nádorové bujení. Je jasné, že buňky, jež mají našlápnuto k rakovině, se pro léčbu nehodí.

Řešení nabízí americký tým vedený Jamesem Thomsonem z Wisconsinské univerzity v Madisonu, když pro „rekvalifikaci“ buněk předkožky použili kvartet transkripčních faktorů OCT4, SOX2, NANOG a LIN28. 11) Američané se obešli bez faktoru c-MYC, který může vyvolat rakovinu, a výsledky jejich experimentů naznačily, že receptur na koktejl transkripčních faktorů pro úspěšnou „rekvalifikaci“ buněk bude víc. To vzápětí potvrdil také Yamanakův tým, když myší i lidské kožní buňky „rekvalifikoval“ nasazením pouhé trojice transkripčních faktorů. Bez faktoru c-MYC se tentokrát obešli i Japonci. „Rekvalifikace“ buněk probíhala pomaleji a s nižší účinností, ale nakonec se zdařila. 12) Ani úspěch Američanů ale neodstranil všechny překážky, jež zatím stojí využití „rekvalifikovaných“ buněk v cestě. „Rekvalifikační“ geny jsou do buněk vnášeny viry upravenými metodami genového inženýrství a ty mohou poškodit dědičnou informaci indukované pluripotentní buňky.

O léčebném potenciálu těchto buněk přesto není pochyb

Dokládá to zajímavá studie amerických vědců vedených Timem Townesem z Alabamské univerzity. 13) Ti s pomocí indukovaných pluripotentních kmenových buněk uzdravili myši ze srpkovité anémie vyvolané defektem genu pro hemoglobin. 14) Nemocným myším odebrali kožní buňky a pomocí genů pro transkripční faktory je proměnili na indukované pluripotentní kmenové buňky. Zároveň vnesly viry do těchto buněk nepoškozený hemoglobinový gen. Z přeškolených a geneticky opravených buněk vypěstovali vědci v laboratorních podmínkách krvetvorné buňky. Myši se srpkovitou anémií ozářili a vybili jim tak v těle krvetvorné buňky produkující defektní „srpkovité“ krvinky. Pak transplantovali myším geneticky opravené buňky. Myši začaly po čase produkovat zdravé červené krvinky a jejich zdravotní stav se výrazně zlepšil.

„Rekvalifikace“ buněk transkripčními faktory může v dohledné době zastínit jak terapeutické klonování, tak dospělé kmenové buňky. Nejobtížnější pozici ze všech technik má zjevně terapeutické klonování. Při tomto postupu by byla vytvořena lidská embrya, která by vzápětí zanikala proměnou na embryonální kmenové buňky. To je pro některé lidi nepřijatelné a jejich odpor nezlomí ani fakt, že cílem terapeutického klonování je uzdravovat nemocné a zachraňovat lidské životy.

Jakému výzkumu dát přednost? Terapeutickému klonování, dospělým kmenovým buňkám, nebo buněčné „rekvalifikaci“? Pokud si můžeme vzít z jízdy na horské dráze výzkumu kmenových buněk nějaké ponaučení, tak určitě to, že není možné předvídat všechny obtíže, na které ta či ona technika narazí. Vybrat předem favorita a ostatní výzkumné směry utlumit, nebo dokonce zakázat by byla fatální chyba. Anglické přísloví radí neklást všechna vejce do jednoho košíku. My Češi zase víme, že je dobré mít více želízek v ohni. Buněčným terapiím a nám všem nejvíc prospěje, když budeme mít tyto věkem prověřené moudrosti na paměti.

Poznámky

1) Někdy se o nich hovoří jako o orgánových kmenových buňkách, protože se podílejí na přirozené regeneraci a hojení orgánů. Nacházejí se i v orgánech, které nemají velkou schopnost regenerace, například v srdci nebo v mozku.
2) Jiang Y. H. et al.: Nature 418, 41–49, 2002; Jiang Y. H. et al.: Experimental Hematology 30, 896–904, 2002.
3) Někteří vědci považují termín terapeutické klonování za zavádějící, protože při něm nevzniká živý klon, a dávají přednost termínu přenos jader somatických buněk.
4) Hwang W. S. et al.: Science 303, 1669–1674, 2004; Hwang W. S. et al.: Science 308, 1777–1783, 2005.
5) Obě „průlomové“ Hwangovy publikace v Science byly staženy, viz Science 311, 335, 2006. Podrobnosti o Hwangových podvodech lze nalézt ve Vesmíru 85, 133, 2006/3.
6) Check E.: Nature 446, 485–486, 2007; Check E.: Nature 447, 763, 2007.
7) Byrne J. A. et al., Nature 450, 497–505, 2007.
8) Simerly C. et al.: Science 300, 297–297, 2003.
9) Takahashi K. et al.: Cell 2007, doi: 10.1016/j.cell.2007.11.019.
10) Takashi K., Yamanaka S.: Cell 126, 663–676, 2006; viz také Vesmír 85, 655, 2006/11.
11) Yu J. et al.: Science 2007, doi: 10:1126/science.1151526.
12) Nakagawa M. et al.: Nature Biotechnology (doi: 10.1038/nbt1374).
13) Hanna J. et al.: Science (doi: 10.1126/science.1152092).
14) Srpkovitá anémie je onemocnění, při němž červené krvinky v důsledku poškození příslušného genu produkují defektní hemoglobin. Když se hemoglobin zbaví kyslíku, jeho molekuly se v krvince vzájemně pospojují (polymerují). Krvinka má pak srpkovitý tvar a poškozenou membránu. Takové krvinky hůře procházejí tenkými krevními kapilárami, někdy je i ucpou. U lidí se srpkovitou anémií dochází k nedostatečnému okysličení tkání.

Ke stažení

OBORY A KLÍČOVÁ SLOVA: Medicína

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

Příběh orla mořského: Úspěšný navrátilec

Příběh orla mořského: Úspěšný navrátilec

Jan Andreska  |  20. 11. 2017
Přítomnost orla mořské v naší krajině patří mezi největší úspěchy české ochrany přírody. Co přispělo k jeho návratu a ke vzniku stabilní populace?
Na hrdinský příběh zapomeňte

Na hrdinský příběh zapomeňte

Ondřej Vrtiška  |  6. 11. 2017
Americký neurovědec Stuart Firestein studuje čich, ale v rozhovoru na to vůbec nepřišla řeč. Proč jsme si s ním tedy povídali? S chlapíkem, který...
Budete se smát, když budeme chtít

Budete se smát, když budeme chtít uzamčeno

Marek Janáč  |  6. 11. 2017
Jedním z nejnaléhavějších problémů, jimž čelíme, je kolaps důvěryhodných zdrojů informací. Na pravdu již nemají patent úřady, přesunula se kamsi...

Předplatným pomůžete zajistit budoucnost Vesmíru

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

 

Objednat předplatné