Přednáška přednesená při příležitosti udělení Haškovcovy ceny v pražském Karolinu v listopadu 2005

V oblasti výzkumu mozku se našem ústavu zaměřujeme na vznik, mechanismus a význam tzv. nesynaptického přenosu signálů v mozku a míše, který je založen na difúzi neuroaktivních látek v mezibuněčném prostoru. Laicky vysvětleno, dříve se lidé domnívali, že vše lze spojit pouze drátově, podobně jako telefon.

Prof. MUDr. Eva Syková, DrSc.
laureátka Haškovcovy ceny za rok 2004
ředitelka Ústavu experimentální medicíny Akademie věd ČR
vedoucí Ústavu neurověd, Universita Karlova, 2. lékařská fakulta

V oblasti výzkumu mozku se našem ústavu zaměřujeme na vznik, mechanismus a význam tzv. nesynaptického přenosu signálů v mozku a míše, který je založen na difúzi neuroaktivních látek v mezibuněčném prostoru. Laicky vysvětleno, dříve se lidé domnívali, že vše lze spojit pouze drátově, podobně jako telefon. I o mozkových buňkách soudili, že musí být propojeny buňkami. Přibližně před 20 lety bylo objeveno, že mikroprostředím mezi buňkami se mohou pohybovat různé látky díky difúzi. Tento tzv. „bezdrátový“ (jinak také nesynaptický, extrasynaptický nebo objemový) přenos informací je důležitý pro vzájemnou komunikaci větších populací nervových buněk a účastní se na zajišťování základních nervových funkcí včetně ukládání paměťových stop. Vítězná práce je souhrnným materiálem, který shrnuje prioritní nálezy z publikací prof. Sykové i jiných odborníků na tuto oblast.

Při jakémkoli mozkovém onemocnění dojde k poruše přenosu informací – ať už synaptického nebo asynaptického. Nesynaptický přenos souvisí také s kmenovými buňkami, protože při něm není potřebné „fyzické“ spojení. Difúze neuroaktivních látek je výrazně změněna během celé řady onemocnění, jako je hypoxie a ischemie mozku (iktus neboli mozková mrtvice) při cévních onemocněních, po poranění mozku a míchy, u bolestivých stavů, roztroušené sklerózy, u nádorů mozku, Alzheimerovy choroby, Parkinsonovy choroby, během poruch vývoje, poruch paměti během stárnutí atp. Na světě existují asi 4 špičková pracoviště, která se touto problematikou zabývají, a Ústav experimentální medicíny AV je jedním z nich. Výzkum prof. Sykové přispěl k pochopení mechanizmu nesynaptického přenosu a tím i těchto onemocnění a v poslední době na něj navazuje nejen výzkum možností jejich léčby pomocí kmenových buněk, ale i výzkum užití umělých biomateriálů a nanotechnologií.

Je zřejmé, že implantace kmenových buněk neboli buněčná terapie přináší zcela nové možnosti v léčbě celé řady onemocnění, které se dosud jevily buď jako obtížně léčitelné (např. Parkinsonova choroba) nebo jako zcela neléčitelné. Studium kmenových buněk také objasnilo řadu vývojových vad, problémů s otěhotněním apod.

K lepšímu porozumění této tématice je třeba vysvětlit základní pojmy. Kmenová buňka je nezralá buňka, ze které vzniká celá řada dospělých buněk. První kmenová buňka vzniká po splynutí vajíčka se spermií a rychle se začne dělit. Ze zárodečných (embryonálních) buněk postupně vzniknou všechny buňky organizmu. Zárodečná buňka je tzv. totipotentní, tzn. musí z ní vzniknout všechny buňky v těle. S vývojem embrya se jeho určité části specializují a buňky dávají vznik už jen některým orgánům. Kmenové buňky jsou však přítomny i v dospělém organizmu, například v kostní dřeni, ale musí dojít k jejich diferenciaci, aby vznikly specializované buňky např. buňky krevní řady, ale i srdeční, svalové nebo mozkové.

Zdroje kmenových buněk a jejich stručná charakteristika:

1) buňky embryonální

Jsou obsaženy v embryu, které nejčastěji vzniklo přirozenou cestou po oplodnění vajíčka spermií, ale také při in-vitro fertilizaci (umělém oplodnění po asistované reprodukci) nebo při tzv. terapeutickém klonování (přenosu jader). Odebere se několik buněk, mnohdy jen jedna buňka, která se rozmnoží do miliónů.

2) fetální buňky (někdy též nazývány embryonální)

Pocházejí z fetu neboli z potraceného plodu. Izolují se buňky z takových částí embrya, které jsou předurčeny k vývoji určitého orgánu, tyto buňky jsou již více „nasměrovány“. Fetální buňky se využívají např. k léčbě Parkinsonovy choroby.

3) buňky z pupečníkové krve

Jsou také možným zdrojem kmenových buněk, ale v pupečníkové krvi je jich poměrně málo. Zakládání bank pupečníkové krve od dárců je opodstatněné, ale skladování individuálních buněk pro vlastní potřebu daného jedince za úplatu se nejeví příliš vhodný. Skladování buněk je velmi nákladné a lidé, kteří si zaplatí za uložení své pupečníkové krve pro sebe, případně pro svého potomka, musí náklady s tím spojené uhradit, ačkoli není vůbec jisté, že tyto buňky budou v budoucnu potřebovat. Pokud není v rodině nějaká dědičná choroba, při které je jasné, že dítě bude tyto buňky brzy potřebovat, není nutné si pupečníkovou krev pro sebe ukládat. Matky ale mohou pupečníkovou krev darovat, podobně jako lze darovat krev normální. Lze ji totiž využít pro implantáty jiným pacientům.

4) kostní dřeň

Každý pacient, kromě pacientů s poruchami krvetvorby, leukémií atd., má svoji vlastní zdravou kostní dřeň, ze které lze po odběru získat mnohem větší množství buněk než z pupečníkové krve a dokonce buněk širšího zastoupení. Firmy, které nabízejí banky pupečníkové krve, se nyní začaly orientovat také na skladování kostní dřeně a nabízejí lidem, že si mohou svoji kostní dřeň nechat odebrat a uložit za úhradu pro případné budoucí použití. Kmenové buňky dospělého jedince lze kromě kostní dřeně a pupečníkové krve získat také z tukové tkáně, čichového epitelu atp.

Výzkum kmenových buněk není zcela nový. Poznatky vedoucí k buněčným terapiím věda získává již od 50. – 60. let, kdy se vědci naučili buněčné kultury rozmnožovat. Postupně přicházely mnohé další objevy, např. objev růstových faktorů (za který byla udělena Nobelova cena), poznatky o embryogenezi, možnost pěstovat embryonální buňky mimo embryo atd. V poslední době bylo velmi významné zjištění, že v mozku mohou nové nervové buňky vznikat celý život (i když v malém množství), že tedy jejich počet při narození není definitivní. Tento objev otevírá celou řadu dalších otázek o možném využití kmenových buněk i v mozku dospělých jedinců, o stimulaci jejich větší produkce (neurogeneze), směrování jejich vývoje atd.

Léčba pomocí kmenových buněk neboli buněčná terapie probíhá různými způsoby. Původně se vědci domnívali, že jediné působení kmenových buněk spočívá v náhradě poškozených buněk mozku, srdce, krve atd. Nové poznatky ukázaly, že může být velmi prospěšné, když implantované kmenové buňky pouze produkují látky, které zachraňují původní buňky, které jsou ohroženy nebo podporují růst buněk nových. Přitom hraje opět roli výše popsané nesynaptické spojení. Ukázalo se, že téměř každý patologický stav ovlivňuje tento „bezdrátový“ přenos. Další výzkum musí směřovat k aplikaci, k léčebnému procesu těchto onemocnění. Farmakologicky se tyto stavy léčit nedaří, proto je velká naděje v kmenových buňkách.

V implantaci kmenových buněk je věda teprve na začátku. Otázkou je, jak kmenové buňky nejlépe připravit k implantaci a který typ buněk je pro danou léčbu nejvhodnější. Bohužel se objevuje řada nezodpovědných přístupů v zemích, které nemají vhodnou právní úpravu nebo ve kterých převládá přístup „co zákon nezakazuje, je povoleno“. Například v Dominikánské republice nebo v Rusku se mnohdy provádí náhodná implantace embryonálních buněk, která je často neúčinná nebo přímo pacienta poškozuje. Nezodpovědná medializace vede k tomu, že řada pacientů ve vážném zdravotním stavu tuto pokusnou léčbu vyhledává.

Buněčná terapie se v současné době běžně aplikuje při léčbě následujících onemocnění:

• Nádory krevní řady (leukémie) – pacientovi jsou transplantovány buňky kostní dřeně od příbuzného dárce a organizmus začne produkovat buňky zdravé.
• Kožní kryty – rozmnoží se buňky kůže, vytvoří se umělé tkáňové implantáty a překryjí se rozsáhlé popáleniny. To je důvod, proč dnes řada pacientů s popáleninami úspěšně přežívá.
• Umělé chrupavky a kostní implantáty vypěstované na podložkách z buněk pacienta samotného nebo z buněk kostní dřeně.
• Parkinsonova choroba (viz výše) - Na světě je dnes asi 600 pacientů trpících Parkinsonovou chorobou, kterým byly implantovány fetální kmenové buňky. Tato léčba patří mezi úspěšnější buněčné terapie mozku, protože stačí, když kmenové buňky produkují látku, tzv. mediátor, který umožňuje asynaptický přenos a k cílovým receptorům začnou probíhat informace. Při Parkinsonově chorobě totiž dochází právě k porušení produkce této látky.

Klinické studie probíhají v řadě dalších oblastí:

• Poškození srdce při infarktu - po ischémii je část srdečního svalu poškozena kvůli nedostatku kyslíku. Zjizvená část nemůže fungovat. Implantací kmenových buněk by mohly vzniknout nové srdeční svalové buňky, nebo by mohlo dojít k obnově cévního zásobení této poškozené oblasti, což vede k obnovení funkce. Na světě je cca asi 600 pacientů s těmito implantáty, u nás máme 20 pacientů s takto implantovanými buňkami kostní dřeně.
• Míšní poranění mozkové ikty neboli mrtvice – ischemické poškození částí mozku. Klinické studie probíhají v několika zemích. Čeští lékaři implantovali kmenové buňky kostní dřeně zatím 20 pacientům v klinické studii. Tyto buňky u zvířat zmenšují velikost poškozené oblasti a vedou k funkčnímu zlepšení. Klinická studie je ve stadiu testování bezpečnosti, množství a cesty aplikace kmenových buněk. Pro zhodnocení výsledku je třeba uskutečnit mnohem rozsáhlejší studii a kombinovat několik nových postupů.
• Amyotická laterální skleróza.
• Diabetes mellitus – chybějící nebo nefungující buňky Langerhansových ostrůvků, které produkují insulin by mohly být nahrazeny kmenovými buňkami. Cukrovka by se tak stala vyléčitelnou chorobou.
• Poškození či selhání jater – opět vývoj implantátů.

Při řadě onemocnění se jedná o poškození nebo nedostatečnou funkci nějakého orgánu. Problémem regenerativní medicíny je nedostatek orgánů pro transplantaci. Před 20 lety se vědci domnívali, že vše vyřeší umělé orgány. Ale nyní se ukazuje, že vývoj půjde spíše směrem kmenových buněk nebo přímo vytvořením celých orgánů z těchto buněk. Takto vytvořené umělé chrupavky nebo kostní náhrady jsou již dnes běžné, vytvářejí se běžně také u nás.

Na výzkumu buněčné terapie u nás se podílí několik institucí: Ústav experimentální medicíny Akademie věd ČR, Ústav neurověd UK 2.LF v Motole, Ústav makromolekulární chemie AV ČR, Institut klinické a experimentální medicíny (IKEM), Ústav živočišné fyziologie a genetiky AVČR.

Výzkum kmenových buněk může být do značné míry ovlivněn legislativou dané země. Vhodná se jeví legislativa, která výzkum do jisté míry omezuje. Jinak dochází k nezodpovědné aplikaci, experimentování na pacientech a k matení laické i odborné veřejnosti. Tradují se pak různé mýty a lidé podstupují zbytečná rizika. Mnohé závisí na provádění zákona. Je naprosto v pořádku zakázat klonování u člověka. Na druhou stranu kdyby nebylo povoleno vytvářet nové linie embryonálních buněk, výzkum u nás byl více omezen než v jiných zemích a začal by za nimi zaostávat. Naši vědci a lékaři by pak nebyli připraveni na další pokrok. Výzkum s sebou totiž nese vyškolení odborníků, kteří díky němu umějí s kmenovými buňkami pracovat.

Český výzkum kmenových buněk má v mezinárodním kontextu velmi dobré postavení. Naši vědci se podílejí na velkých evropských projektech, do kterých vnášejí nové poznatky. Přínos české vědy spočívá například v oblasti nanotechnologií – díky novému způsobu označování buněk částicemi železa je možné pomocí magnetické rezonance sledovat, co se s nimi děje v živém jedinci. Přínosná je i výše zmíněná klinická studie v oblasti léčby srdce nebo poranění míchy. Další evropský projekt, na kterém se čeští vědci podílejí, se zaměřuje na využití kmenových buněk pro léčbu nádorů. Nádorové buňky jsou vlastně jako buňky kmenové. Poznání o kmenových buňkách tak přináší i další poznání o nádorech. Zdravé kmenové buňky by se mohly implantovat do nádoru a přinést do něj látky potřebné k jeho zničení.

Základní výzkum kmenových buněk je u nás dostatečně finančně zajištěn, ale chybí zázemí pro lékařský aplikovaný výzkum. Je třeba vytvořit společnou platformu podporovanou různými institucemi, jako jsou ministerstva, univerzity, výzkumné ústavy, akademie věd, regiony (města) a komerční subjekty. Centrum aplikovaného výzkumu by představovalo jakýsi „inkubátor“ pro vznik komerčních projektů – centrum by nové objevy dovedlo do stádia klinických zkoušek, po jejich ověření by poznatky mohl využít nějaký investor. V zahraničí jsou podobná biotechnologická centra již běžná, např. v Německu nebo v USA jsou jich desítky.