25. února 2014 7:09 Lidovky.cz > Relax > Věda

Výzkum kmenových buněk pokročil. Díky kultivaci a stresu

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

Výzkum kmenových buněk prožívá revoluci. Buňky, které se ocitly ve smrtelném nebezpečí, se mění na univerzální buněčnou surovinu využitelnou k léčbě chorob a zranění. Třicet minut v nebezpečně kyselém živném roztoku stačí k tomu, aby specializovaná myší buňka zapomněla, co se naučila, a získala vlastnosti buněk časného embrya.

„Je to velké překvapení,“ komentuje výsledky týmu vedeného mladou japonskou bioložkou Haruko Obokatovou přední americký biolog Rudolf Jaenisch z Whitehead Institute. „Obešli se bez zásahů do dědičné informace buněk. Stačilo jim změnit podmínky kultivace a navodit stres. Podle mého názoru je to významný objev.“

Jaenischovo nadšení sdílejí i další přední světoví odborníci. Není divu. Objev publikovaný v časopise Nature zcela mění náhled vědců na osudy buněk a je velkým příslibem pro medicínu.

Jak vytlačit buňku na vrchol

Jediná buňka oplozeného vajíčka má před sebou kompletní rejstřík zhruba dvou set třiceti různých rolí buněk tvořících dospělý organismus. Její buněční potomci se promění na bílé krvinky, neurony, sval, střevní sliznici, kost a další tkáně a orgány. Je to, jako kdyby oplozené vajíčko stálo na vrcholku hory, buňky vznikající jeho dělením se koulely ze svahů dolů a nakonec skončily v jednom z dvou set třiceti údolí na úpatí kopce.
Tenhle proces vědci znají už dlouho a považovali jej za nevratný. Buňky se mohly podle jejich představ specializovat, ale nemohly svou specializaci ztratit. Nemohly vyšplhat zpět na vrcholek kopce.

Metody:

Metoda Šinji Jamanaky: indukované pluripotentní kmenové buňky (iPSC)

Specializované buňky lze „navrátit“ do stavu odpovídajícího buňkám embrya (tzv. pluripotence) pomocí tzv. transkripčních faktorů (bílkovinných molekul, jež aktivují v buňkách vybrané skupiny genů) a kultivačního roztoku, který napomáhá udržet buňky ve stavu odpovídajícím buňkám embrya.

Metoda Haruko Obokatové: buňky s pluripotencí spuštěnou stimulem (STAP)

Univerzálnost buněk lze navodit krátkodobým vystavením diferencovaných buněk kyselému roztoku.

STAP buňky se nemnoží, ale pokud jsou následně kultivovány v roztoku, který podporuje udržení stavu pluripotence, mění se na STAP kmenové buňky, jež vykazují stejné vlastnosti jako iPSC. Pokud jsou STAP buňky kultivovány v roztoku, který podporuje růst kmenových buněk trofoblastu (buněk, z kterých se tvoří placenta), získávají vlastnosti podobné těmto buňkám. Na rozdíl od iPSC se mohou podílet i na vzniku placenty.

Může specializovaná buňka získat zpátky tzv. pluripotenci - tedy schopnost opět se proměnit ve všech 230 typů buněk dospělého těla? Jako první to dokázal se specializovanou žabí buňkou v roce 1962 mladičký anglický biolog John Gurdon. Izoloval jádro buňky střeva a vnesl je do žabího vajíčka zbaveného vlastní dědičné informace. Z takto vytvořeného zárodku se vyvinula normální žába. Představy o nevratné specializaci buněk tím byly vyvráceny.

V roce 2004 našel japonský biolog Šinja Jamanaka jiný překvapivý způsob, jak vytlačit specializované myší buňky na pomyslný vrcholek hory pluripotence. V buňkách kůže aktivoval pouhé čtyři vybrané geny a buňka získala vlastnosti typické pro buňky velmi raného zárodku. O dva roky později zopakoval Jamanaka stejný postup s buňkami lidské kůže a v roce 2012 se s Gurdonem rozdělil o Nobelovu cenu. Mohlo se zdát, že tím se revoluční půlstoletí ve vývojové biologii završilo.

Naděje pro nemocné

Jamanakou vyvinutý postup produkuje tzv. indukované pluripotentní kmenové buňky čili iPSC, které jsou obrovským příslibem pro léčbu mnoha chorob i následků těžkých úrazů. Lékaři doufají, že pacientovi odeberou specializované buňky třeba z kůže a aktivací genů je promění na univerzální buněčnou surovinu iPSC. Z té v laboratoři vypěstují typ specializovaných buněk, které pacient postrádá.

V Japonsku začnou letos testovat iPSC při léčbě degenerující oční sítnice. Ve hře je však mnohem víc. Diabetici by se mohli dočkat náhrady za chybějící buňky pro produkci inzulinu. Obětem havárií snad bude možné vypěstovat náhradu zničených kostí. Pacienti by dostávali své vlastní buňky „rekvalifikované“ do nové role a to by zajistilo bezproblémové přijetí léčebných buněk.

Aktivace genů při tvorbě iPSC však vzbuzuje obavy, protože s sebou nese zvýšené riziko nádorového bujení. I proto se hledají nové způsoby pro vytlačení specializovaných buněk na vrcholek hory pluripotence. Překvapivě jednoduchý a účinný způsob odhalila Haruko Obokatová z výzkumného centra RIKEN v Kjótu.

Vědci už delší dobu vědí, že specializované buňky rostlin lze silným stresem donutit ke ztrátě specializace. Fungovalo by něco podobného i u živočišných buněk? Obokatová čerpala optimismus kromě jiného i z faktu, že u čolků nastartuje těžké poškození tkání bouřlivé regenerační procesy, při kterých obojživelníkovi doroste třeba ztracená končetina.

Přepsané učebnice

V učebnicích biologie se píše, že živočišné buňky vystavené silnému stresu spustí vlastní destrukci a páchají buněčnou sebevraždu. Někdy mohou propadnout nádorovému bujení. Haruko Obokatová týrala bílé krvinky novorozených myší bezmála smrtícím půlhodinovým pobytem v silně okyseleném živném roztoku.

ČTĚTE TAKÉ:

Některé buňky skutečně uhynuly, jiné přežily. Na první pohled na nich nebylo nic zvláštního. Jenže už druhý den se v některých přeživších buňkách objevila bílkovina, která nemá v bílých krvinkách co pohledávat, zato je typická pro buňky embrya. Bylo jasné, že specializované myší buňky lze vytlačit na vrcholek hory tak jednoduchým stimulem, jako je silný stres.

Tyto buňky sice nejevily velkou chuť do množení, ale v tom jim japonští vědci pomohli kultivací ve speciálním živném roztoku, který brání myším buňkám ve spontánní specializaci a udrží je ve stavu pluripotence. Vznikla tak linie buněk s podobnými vlastnostmi, jaké nadchly lékaře už u Jamanakových buněk iPSC. Haruko Obokatová pojmenovala stresem vypěstovaný typ buněk jako STAP-buňky. Zkratka vyjadřuje, že buňky získaly pluripotenci vnějším stimulem, stresem.

Buňky zbavené specializace stresem jsou unikátní v tom, že se dokážou proměnit i na placentu. V tom trumfnou dokonce i Jamanakovy buňky iPSC. STAP-buňky by mohly být vhodnější i pro léčbu. Vzhledem k tomu, že k jejich tvorbě není zapotřebí zásahu do aktivity genů, neměly by mít sklony k nádorovému bujení. Než se rozběhnou klinické zkoušky STAP-buněk na pacientech, uběhne ještě nějaký ten rok. Odborníci se ale shodují, že by to nemuselo trvat osm let, které potřebovaly pro vstup do klinických zkoušek lidské iPSC.

Jaroslav Petr, autor je profesorem České zemědělské univerzity