Potřebujete nové plíce? Žádný problém. Stačí odevzdat několik buněk a vypěstujeme vám orgán „na míru“. Podobnou nabídku by časem mohli dát lékaři pacientům. Krok k plícím ze zkumavky nyní udělaly dva americké týmy, jejich výzkumy zveřejnilo páteční vydání časopisu Science (viz také text Čip...).
Vše začalo u lešení Lidé se ve vyspělých zemích dožívají stále vyššího věku a poptávka po orgánech vhodných pro transplantace výrazně vzrůstá. Jenže počet dárců se nezvyšuje.
„V poslední době děláme ročně asi dvacet transplantací plic. Optimální by ovšem bylo, abychom jich prováděli tak třicet až čtyřicet,“ říká docent Robert Lischke z Transplantačního centra Fakultní nemocnice Motol v Praze. Právě toto pracoviště se jako jediné v Česku zabývá transplantacemi plic. Ty patří na rozdíl třeba od transplantací ledvin k zákrokům, které zachraňují život. „Práci ledvin umíme nahradit dialýzou, v případě plic nic podobného neexistuje,“ vysvětluje docent Lischke. Na nové plíce čekají nyní čeští pacienti v průměru 220 dní. Třicet procent z nich se zákroku ani nedožije.
Určitou naději představuje právě vypěstování náhradních orgánů v laboratoři. Pokud by se vyráběly na míru konkrétnímu pacientovi, snížilo by se navíc riziko jejich odmítnutí imunitním systémem.
Tým vedený Laurou Niklasonovou z Yaleovy univerzity v New Havenu zatím „zabodoval“ u potkanů. Vědci nejprve vzali plíce dospělého hlodavce a působením chemikálií je zbavili buněk, až zůstalo pouze jakési bezbuněčné „lešení“ tvořené bílkovinami, především kolagenem.
„Jde vlastně o makromolekuly spojené do sítě, která představuje oporu pro vlastní buňky. Podobnou kostru najdeme i v dalších typech tkání, třeba v kostech nebo v mozku,“ vysvětluje Eva Syková, ředitelka Ústavu experimentální medicíny Akademie věd ČR. Zmíněné lešení tak udává tvar příslušného orgánu.
„Pokud by v síti chyběla třeba jen jedna molekula, může celá kostra zkolabovat. Ověřili jsme to v našich experimentech,“ podotýká profesorka Syková. Správná příprava lešení má proto klíčový význam.
Získanou kostru američtí vědci osadili buňkami odebranými z plic potkaního zárodku. Vše vložili do nového typu bioreaktoru, který napodoboval podmínky v děloze. Zhruba za týden se podařilo vypěstovat plicní tkáň, která obsahovala plně vyvinuté plicní sklípky a miniaturní cévky. Mezi nimi je speciální membrána prostupná pro plyny. Právě jejím prostřednictvím se po nádechu okysličuje krev a zároveň se z ní odvádí oxid uhličitý. Živočichové se ho zbavují při výdechu.
Fungování plic ze zkumavky ověřili vědci také v praxi, když tkáň voperovali potkanům. Chovala se velmi podobně jako původní orgán. „Překvapilo nás, jak dobře plicní tkáň pracovala,“ svěřuje se Laura Niklasonová na webu časopisu Nature.
Další dva americké týmy letos také zveřejnily zprávy o vývoji plicní tkáně v laboratoři. Ani jeden se však nedostal tak daleko, že by ji voperoval živočichům. Angela Panoskaltsisová Mortariová z Minnesotské univerzity v Minneapolis, která vedla jednu ze zmíněných studií, se domnívá, že by plicní tkáň mohla posloužit k modelování vývoje tohoto orgánu a usnadnit studium infekcí plic.
Přes větší zvířata k lidem Odvážnější plány má Laura Niklasonová: „Uspěli jsme u potkanů. To je první krok k regeneraci plic u větších zvířat a případně i u lidí.“ S tím souhlasí Josef Fulka ml. z Výzkumného ústavu živočišné výroby v Praze-Uhříněvsi. Dosavadní výsledky podle něj znamenají velký úspěch.
„Každá taková studie představuje krok k využití při léčbě lidí,“ domnívá se Josef Fulka. Jednou z hlavních komplikací bude podle něj získání zmíněného lešení. „Mohlo by pocházet od dárců orgánů, případně i od živočichů podobné velikosti, třeba od prasat. Pak bychom ho ale museli určitým způsobem upravit,“ spekuluje Josef Fulka.
Další možností je výroba lešení z polymerů. „Výsledný orgán nemusí tvarem ani strukturou vůbec připomínat plíce. Měl by jen stejnou funkci,“ vysvětluje Josef Fulka. Profesorka Syková využívá při svých experimentech namísto lešení hydrogely nebo nanočástice. S pomocí prvně jmenovaných například nedávno u potkanů „vyspravila“ poškozenou míchu. Podobně by se podle ní mohlo postupovat i v případě plic. „Získané lešení by se pak osadilo kmenovými buňkami,“ podotýká Eva Syková.
To ostatně plánuje i americký tým, naději vidí v pluripotentních kmenových buňkách, které se neomezeně množí a lze je přimět k přeměně na jakýkoli typ tkáně. Na rozdíl od embryonálních kmenových buněk je však získáme třeba z kůže pacienta. Snižuje se tak riziko, že imunitní systém pacienta transplantovaný orgán odmítne. A to je v případě plic poměrně vysoké.
„Bezprostředně po transplantaci a v prvním roce po ní hrozí akutní odhojení plic. Umíme ho naštěstí docela dobře diagnostikovat a léčit,“ vysvětluje docent Lischke. Upozorňuje ale, že v dalších letech může dojít ke chronickému odhojení transplantované plíce. „Nastupuje pomalu a plíživě,“ poznamenává Robert Lischke. Plíce se při něm zjednodušeně řečeno začínají měnit ve vazivo a přestávají plnit svou funkci. V Česku podstupují transplantaci plic jen pacienti, kterým zbývá 12 až 18 měsíců života a ostatní možnosti léčby jsou vyčerpané. Rok po operaci jich žije 80 procent, pět let po zákroku více než polovina. Ale pokud by se čerstvé poznatky amerických vědců podařilo uplatnit u lidí, mohlo by to zmíněné údaje vylepšit.
Popsaný postup ostatně při opravách lidské dýchací soustavy už slavil úspěch. Jak koncem roku 2008 informoval časopis Lancet, mezinárodní tým lékařů upravil metodami tkáňového inženýrství průdušku a transplantoval ji třicetileté pacientce.
Žena se nakazila tuberkulózou a průduška se jí zúžila natolik, že skoro nemohla dýchat. Od dárkyně, která podlehla zástavě srdce, získali odborníci průdušnici. Zbavili ji buněk a vzniklé lešení pak osadili buňkami odebranými z pacientčiny pravé průdušky, nosní sliznice a také z kostní dřeně. Pak následovala kultivace v bioreaktoru. Průdušku lékaři úspěšně transplantovali a žena začala normálně dýchat. Ovšem vytvořit tkáň schopnou okysličovat krev je mnohem složitější.
***
NÁHRADNÍ DÍLY ZE ZKUMAVKY Lidé se dožívají stále vyššího věku a poptávka po orgánech vhodných pro transplantace vzrůstá. Jenže počet dárců se nezvyšuje. Nadějnou cestu představuje vypěstování srdce, ledvin nebo třeba jater v laboratoři. Krok u umělým plicím nyní udělal tým vědců z Yaleovy univerzity, jemuž se podařilo vytvořit plicní tkáň, která dýchala.
Recept na nové plíce
Vědci využili plíce dospělého potkana
Nejprve je zbavili buněk, zůstalo pouze jakési bezbuněčné „lešení“
endotel - tkáň vystýlající vnitřní povrch cév
plicní epitel - krycí tkáň
simulátor průdušek
dýchací smyčka
promývání cév
výměna média
vstřikovací pumpa
Tuto kostru vložili do bioreaktoru, kde byla osídlena epitelovými a endotelovými buňkami odebranými ze zárodku
Tkáň schopnou dýchat pak vědci transplantovali potkanům
Po čtyřech až osmi dnech se podařilo vypěstovat plicní tkáň
