25. října 2014 6:06 Lidovky.cz > Relax > Věda

Kmenové buňky pro diabetiky vyrábějí inzulin

Kmenové buňky | na serveru Lidovky.cz | aktuální zprávy Kmenové buňky | foto: Shutterstock

Americký biolog Douglas Melton vyhlásil cukrovce válku před třiadvaceti lety, když lékaři diagnostikovali toto onemocnění jeho malému synu Samovi. Další silný motiv pro výzkum na tomto poli mu dodala diagnóza cukrovky prvního typu u jeho dcery Emmy.

Nejnovějším Meltonovým objevem vstupuje jeho „soukromá válka“ do závěrečného dějství. Léčbu cukrovky prvního typu, jíž trpí na světě 11 až 22 milionů lidí, by chtěl spustit v nejbližších letech.

Tátův splněný slib

Cukrovka prvního typu postihuje často už malé děti. Jejich imunitní systém si splete buňky slinivky s vetřelcem, který do organismu nepatří, a postupně je zlikviduje. Nemocný postrádá ve slinivce tzv. beta buňky produkující hormon inzulin, a v důsledku toho má silně narušenou regulaci metabolismu krevního cukru glukózy. To má celou řadu vážných následků a bez léčby hrozí diabetikovi smrt. Nemocní proto musí dostávat přesně vyměřené dávky inzulinu v injekcích.

Celé generace biologů a lékařů hledaly cestu, jak diabetikům produkci inzulinu obnovit. Naděje svitla s objevem embryonálních kmenových buněk. Tyto buňky lze vypěstovat v laboratoři z buněk odebraných z lidského embrya ve velmi časném stadiu vývoje. Buňky se v laboratorních podmínkách neomezeně množí, ale přitom si uchovávají úžasnou schopnost proměnit se na jakýkoli ze zhruba 230 typů buněk dospělého lidského těla. Stačí jim k tomu vytvořit vhodné podmínky.

Kmenové buňky

  • Z kmenových buněk lze teoreticky vypěstovat libovolnou tkáň.
  • Z kůže se izolují buňky pojivové tkáně (fibroblasty)
  • Nyní se vědcům podařilo takto vypěstovat beta buňky slinivky, které produkují inzulin. To přináší naději pacientům s cukrovkou.
  • Nejprve použili embryonální kmenové buňky, pak se jim pokus na myších podařilo zopakovat s tzv. pluripotentními kmenovými buňkami. To umožní připravit beta buňky na míru každému pacientovi.
  • Přidáním čtyř genů se buňky vrátí do zárodečné fáze a mají univerzální použití.
  • „Když táta dětem něco slíbí, tak to také splní,“ říká americký biolog Douglas Melton, jehož dvě děti odmalička trpí cukrovkou 1. typu. Před 23 lety se proto rozhodl, že najde způsob, jak nemoc léčit.
  • Beta buňky začnou vyrábět inzulin
  • Z přeškolených (pluripotentních) buněk lze vypěstovat buňky různých tkání

Vědci už donutili embryonální kmenové buňky k proměně na neurony nebo na buňky srdeční svaloviny. Mnozí se je pokoušeli „rekvalifikovat“ také na beta buňky slinivky, ale uspěli jen částečně. V nejlepším případě získali buňky, které při proměně na beta buňky uvázly v půli cesty.

Douglas Melton z Harvardova ústavu pro kmenové buňky a jeho spolupracovníci nyní ve studii publikované v předním vědeckém časopise Cell popsali, jak vyrábět beta buňky z „univerzální suroviny“ embryonálních kmenových buněk ve velkém.

„Když jsem řekl svým dětem, co se nám podařilo, zůstaly překvapivě klidné,“ svěřil se Douglas Melton novinářům. „Myslím, že jako všechny děti považovaly za samozřejmé, že když jim táta něco slíbí, tak to také splní.“

V současnosti zkoušejí lékaři léčbu cukrovky prvního typu transplantací beta buněk od mrtvých dárců. Po transplantaci užívá pacient léky, které silně tlumí imunitu příjemce. Vopačném případě by imunitní systém transplantované buňky opět zničil. Celá procedura je náročná a může se jí podrobit jen omezený počet pacientů. Jedním z limitujících faktorů je dostatek vhodných beta buněk.

Melton a tým jeho spolupracovníků vyvinul komplikovaný postup kultivace, při kterém se lidské embryonální kmenové buňky za pět týdnů promění na beta buňky slinivky. Buňky jsou přitom kultivovány v pěti různých živných roztocích, do kterých je nutné přidat kromě standardních komponent jedenáct speciálních přísad. Účinku těchto látek musí být buňky vystaveny v určitých kombinacích a v přesně určenou dobu. Protokol pro přípravu beta buněk je podle Meltona „opakovatelný, ale velmi náročný a zdlouhavý“. Odborníci jej vítají jako průlom v léčbě cukrovky.

Kmenové buňky a jejich klonování pro konkrétní pacienty jsou gigantickou nadějí pro léčbu řady nemocí, ale podle konzervativních kritiků si lidstvo zahrává s božským tvořením.

„Melton a jeho kolegové otevřeli ostatním dveře k objevům nových léků proti cukrovce a k léčbě transplantací beta buněk,“ ocenila výsledky svých kolegů americká bioložka Elaine Fuchsová, která se zabývá výzkumem kmenových buněk na Rockefellerově univerzitě.

Buňky na míru

Pro úspěch transplantace je klíčové, aby se buňky dárce a příjemce co nejvíce podobaly. V případě beta buněk vypěstovaných z omezeného počtu linií lidských embryonálních kmenových buněk ale nelze takovou shodu všem diabetikům zaručit. Vědci proto hledají možnost připravit pacientům „buňky na míru“. Využívají k tomu tzv. indukované pluripotentní kmenové buňky.

Při tomto postupu se vytváří „univerzální surovina“ přímo z buněk odebraných konkrétnímu pacientovi např. z kůže. Do těchto buněk vnesou vědci čtveřici vybraných genů. Buňky tím získají stejné vlastnosti jako embryonální kmenové buňky – neomezeně se množí a za vhodných podmínek se promění na jakýkoli typ buněk lidského těla.
Douglas Melton odzkoušel svůj „recept na beta buňky“ i na „surovině“ připravené na míru konkrétním pacientům. A uspěl.

Pokud se to ukáže jako potřebné, bude možné pacientům transplantovat jejich vlastní buňky „rekvalifikované“ z buněk kůže na beta buňky. Ani tyto buňky však nelze transplantovat pacientům přímo. Imunitní systém diabetiků prvního typu beta buňky nesnáší. Zlikvidoval by transplantované buňky podobně, jako to už provedl s buňkami pacientovy vlastní slinivky. Melton proto vyvinul ve spolupráci s Danielem Andersonem z Massachusettského technologického ústavu (MIT) postup, při kterém jsou beta buňky uzavřeny ve zvláštní „kapsli“. Ta chrání buňku před atakem imunitního systému, ale propouští k buňkám krev, aby mohly kontrolovat hladiny krevního cukru glukózy. V reakci na množství glukózy v krvi pak buňky uvolňují inzulin, který proniká z kapsle do organismu.

ČTĚTE TAKÉ:

Melton už odzkoušel celý systém na laboratorních myších postrádajících ve slinivce beta buňky. Myší diabetici prvního typu dostali kapsli s vypěstovanými lidskými beta buňkami a cukrovka u nich rychle odezněla. Buňky v kapsli reagovaly na změny v koncentraci glukózy v krvi vždy tou správnou dávkou inzulinu. Meltonův objev by mohl pomoci i pacientům s cukrovkou druhého typu, jejichž slinivka sice inzulin vyrábí, ale tělo na něj nereaguje dost silně. Asi desetina pacientů s tímto typem cukrovky si musí píchat inzulin. Transplantace beta buněk by je toho ušetřila a dovolila by jejich organismu pružně reagovat na změny hladiny glukózy v krvi.

Možnost pěstovat velká množství beta buněk v laboratoři vítají i farmakologové, kteří je využijí při vývoji a testování nových léků ulevujících diabetikům od nejrůznějších zdravotních obtíží.

Jaroslav Petr, autor je profesorem České zemědělské univerzity