Modely chorob in vitro

Pacienti vstupují do procesu vývoje a ověřování nových léků většinou ve finálních fázích. Technologie tvorby indukovaných pluripotentních kmenových buněk posouvá pacienta do úvodních fází vývoje léku.

Indukované pluripotentní kmenové buňky jsou využívány k tvorbě in vitro modelů chorob a k vývoji nových léků. Podařilo se je získat z terminálně diferencovaných somatických buněk v roce 2006.

Vnesením čtveřice genů došlo k rediferenciaci buněk a ty získaly vlastnosti srovnatelné s embryonálními kmenovými buňkami.

Kromě neomezené schopnosti množení je pro ně typická pluripotence – schopnost diferencovat se v jakýkoli typ buněk dospělého lidského organismu. Je tak možné odebrat např. kožní fibroblasty pacientovi s určitou chorobou a ty přenosem vybraných genů rediferenciovat na indukované pluripotentní kmenové buňky. Z nich pak lze v laboratoři následnou diferenciací kultivovat typy buněk z tkání, jež jsou postiženy patologickými procesy, např. neurony.

Zatímco odběr a kultivace neuronů jsou u člověka prakticky neproveditelné, neurony vzniklé rediferenciací indukovaných pluripotentních buněk lze získat v podstatě v neomezeném množství.

Tímto způsobem byly například získány neurony pacientů trpících amyotrofickou laterální sklerózou (ALS). Vědci pak mohli porovnat charakteristiky neuronů zdravých lidí s charakteristikami neuronů pacientů s ALS, a poznat tak patologii buněk do větších podrobností.

Podobně se o to snaží i u některých dalších chorob. Nadějné je, že se pomalu dostavují první výsledky využitelné v praxi.

Dokončení na str. A4

Podobně jako neurony pacientů trpících amyotrofickou laterální sklerózou byly získány indukované pluripotentní kmenové buňky i ze somatických buněk pacientů s dědičnými kardiovaskulárními onemocněními, jako je QT syndrom nebo LEOPARD syndrom, a ty pak byly diferencovány na kardiomyocyty.

Komplikaci pro výzkumníky představuje poměrně velká variabilita mezi liniemi indukovaných pluripotentních kmenových buněk a také jejich menší životnost. Často není úplně jednoduché odlišit, zda rozdíly mezi in vitro kultivovanými buňkami pacientů a zdravých dárců odrážejí procesy, jež jsou příčinou či důsledkem onemocnění, anebo zda jde o rozdíl vzniklý v důsledku působení podmínek in vitro.

Průnik do praxe

Jednou z prvních chorob, již se podařilo podrobněji prostudovat pomocí buněk diferencovaných z indukovaných pluripotentních kmenových buněk, byla spinální muskulární atrofie (SMA). Choroba je vyvolána mutací genu SMN1, podle kterého se syntetizuje protein zajišťující přežití motorických neuronů. Narušení genu vyvolá pokles koncentrací a biologické aktivity proteinu SMN1. Stejný protein se v mnohem nižších množstvích syntetizuje i podle genu SMN2. Někteří pacienti se SMA mají několik kopií genu SMN2 a díky tomu vzdorují chorobě mnohem lépe. Je proto zřejmé, že pokud by se podařilo u pacientů se SMA zvýšit expresi genu SMN2, stoupla by rapidně naděje na potlačení symptomů onemocnění nebo na vyléčení.

Výzkum na zvířecích modelech k vývoji této léčby příliš nepřispěl, protože například v genomu laboratorních myší chybí gen SMN2. Ani experiment na jiných typech lidských somatických buněk, např. fibroblastech kůže, nepřinesl velký pokrok, protože fyziologické role proteinu SMN se v lidských motorických neuronech a fibroblastech v mnoha ohledech liší. Teprve diferenciace motorických neuronů z indukovaných pluripotentních kmenových buněk přinesla poprvé možnost studovat patologii SMA v podmínkách in vitro.

Při srovnání neuronů diferencovaných z indukovaných pluripotentních kmenových buněk pacientů se SMA a stejně získaných neuronů zdravých osob vyšlo najevo, že v počáteční fázi diferenciace se neurony neliší. Po několika týdnech kultivace se však začne růst neuronů od pacientů se SMA zpomalovat. Když byly do kultury přidány látky, o nichž je známo, že stimulují produkci proteinů SMN, stoupla syntéza těchto proteinů v buňkách pacientů na trojnásobek.

Následoval screening desetitisíců nejrůznějších molekul, mezi nimiž se podařilo vytypovat několik látek se specifickým účinkem na zvýšení exprese genů SMN v motorických neuronech.

Specializované somatické buňky diferencované z indukovaných pluripotentních kmenových buněk se využívají i ke studiu onemocnění, která nemají tak jednoduchý dědičný základ jako ALS nebo SMA. Pracuje se s buňkami pacientů trpících například Alzheimerovou či Parkinsonovou chorobou nebo schizofrenií.

Na vzniku těchto onemocnění se podílejí významně i faktory vnějšího prostředí a není jisté, nakolik mohou podmínky in vitro simulovat tyto vnější vlivy a výsledné fenotypy buněk. Podobné testy jsou dnes do značné míry automatizovány. Roboty nasazují buňky do kultur a stejně tak roboty aplikují na kultury buněk testované chemikálie. Buňky pro tyto testy začínají být produkovány na komerční bázi. Americká biotechnologická společnost Cellular Dynamics International (CDI) například dodává komerčně kardiomyocyty získané diferenciací indukovaných pluripotentních kmenových buněk.

Jedna dávka obsahující 1,5 milionu kryokonzervovaných kardiomyocytů se prodává zhruba za 1 500 dolarů a stačí na osazení destičky s 96 důlky, kde buňky vydrží asi dva týdny. Zákazníky CDI jsou především farmaceutické firmy využívající kardiomyocyty k testování vyvíjených léků a k odhalení nežádoucích vedlejších účinků.

Zdroj: Medical Tribune