Uměle připravené beta buňky se zobrazují červeně, protože v odpovědi na glukózu začaly vylučovat inzulín. Kredit: Millman lab, Washington University.

Začalo to před více než pěti lety na Harvardu, když tým, jehož byl Jeffrey Millman členem, přeměnil kožní buňky na buňky kmenové. V roce 2016 si k podobnému pokusu vybrali pacienta s diabetem a z jeho kožních buněk „vyrobili“ buňky kmenové.  Ty pak růstovými faktory dál kultivovaly, až z nich vypiplali beta-buňky. Ty již tvořit inzulín uměly, ale chovaly se pro použití v léčbě poněkud nevhodně. Jakmile spustily syntézu, připomínaly hrnečku vař nebo požární hydrant. Buďto neprodukovaly nic, anebo se rozjely na max a bez ohledu na koncentraci glukózy v okolí, nebyly k zastavení.

Leonardo Velazco-Cruz, první autor studie, Washington University in St. Louis. Kredit: WUSTL.

Teď vědci změnili kuchařku, kterou se beta-buňky připravovaly. Upravili jim růstové faktory i časový režim, v němž na ně po dobu kultivace in vitro působili. Výsledkem je, že jsou z nich teď buňky rozumnější a při své produkci se řídí koncentrací glukózy v okolí. Není divu, že vědci netrpělivě vyzkoušeli své výpěstky v pokusu in vivo, aby zjistili, jak by se chovaly, když by se jimi léčilo. Souhlas k pokusům na lidech neměli, a tak se obrátili na myší dobrovolníky. Nejprve zcela zdravým myším vpravili lidské „umělé“ buňky do ledvin. Po šesti měsících zjišťovali, jak na tom lidské buňky v myších tělíčkách jsou. Myším dali šťouchanec v podobě injekce cukru. Ukázalo se, že dobře a že lidský inzulín tvoří. Ověřili si to tak, že ledviny, do nichž jim lidské buňky na začátku pokusu vpravili, vyoperovali, nařezali je na plátky a obarvili červenou barvičkou schopnou se vázat na C-peptid (výsledek je patrný na připojeném obrázku).

Co je C-peptid

Šestistupňové přemlouvací schéma, kterým se daří buňky přeměnit v buňky téměř takové, jaké máme v Langerhansových ostrůvcích pankreatu. Kredit: Leonardo Velazco-Cruz, et al., Washington University.

Název je odvozen z anglického slova  „connecting“, tedy něco jako spojující peptid. Je součástí molekuly proinzulinu, který tvoří  beta buňky a je předstupněm molekuly inzulinu.  Po vyloučení proinzulinu z beta buňky se proinzulin rozštěpí na inzulin a C-peptid. Na rozdíl od inzulínu C-peptid játra nevychátavají. Proto nám na středisku z odběru krve  nalačno, měřením hladiny C-peptidu poznají, zda náš pankreas je schopen tvořit inzulín. Při diabetu 1. typu jsou hodnoty C-peptidu téměř nulové. Naopak při diabetu 2. typu, kdy jde o tzv.  inzulínovou rezistencí (často jde o osoby obézní), se hladina C-peptidu pohybuje výrazně vysoko.

Zapomněli jsme dodat, že v tomto pokusu na myších nešlo o normální myši, ale myši s deficitním imunitním systémem, který není schopen na cizí antigeny reagovat. Proto jejich organismus lidské buňky toleroval a ony se i v myším kožíšku cítily a chovaly jako doma, jakoby byly v těle lidském. Poté, co vědci zjistili, že jimi vytvořené buňky, i po tom všem co s nimi prováděli, jsou životaschopné a naordinovanou schopnost produkovat inzulín neztrácejí, přikročili k jejich prověřování ve skutečných  pacientech. Samozřejmě, že i tentokrát šlo o myší pacienty. Hledat myši s diabetem by bylo na dlouhé lokty a tak si je připravili sami. Podali jim jedovaté STZ.

Streptozotocin (C8H15N3O7 , 2-Deoxy-2-(3-methyl-3-nitrosoureido)-D-glucopyranose).

SZT je jednotící označení pro antibiotikum, kterému se někdy říká streptozotocin, jindy streptozocin. Je to látka, kterou známe už déle než půl století a kterou přirozeně tvoří půdní  bakterie Streptomyces achromogenes. Od používání tohoto antibiotika se upustilo, když se zjistilo, že pacienta zbaví angíny, ale za cenu, že je z něj diabetik. Do kurzu ale přišlo znovu, jakmile jsme si uvědomili, že selektivně zabíjí beta buňky v pankreasu a že ho lze využít jako cytostatikum u nemocných s vysoce agresivní formou rakoviny pankreatu, jimž se beta buňky zvrhly a nekontrolovaně se začaly množit.

Ale zpět k našim myškám. Poté, co jim vědci podali lék STZ a udělali z nich cukrovkáře, jali se je léčit. Transplantovali jim lidské umělé beta buňky. Myší pankreas byl po aplikaci STZ ve značně zuboženém stavu, a tak jako místo nového domova buňkám opět vybrali ledvinu.Tělu je v podstatě jedno, kde se mu inzulín tvoří. Hlavně když se tvoří. Ukázalo se, že v ledvině ho buňky tvořily ochotně a myšky své opatrovníky mile překvapily. Už deset dnů po transplantaci měly glukózovou  toleranci skoro takovou, jako myši v kontrole, kterým antibiotikem buňky syntetizující inzulín neponičili.

Jeffrey R. Millman, chemik, absolvent Massachusetts Institute of Technology, spoluautor studie: „Pokud se prokáže, že Beta buňky odvozené od kmenových buněk budou lidem pomáhat tak jako myším, způsob jejich výroby by mohl rychle přerůst do průmyslového měřítka. I v naší laboratoři jsme během několika týdnů schopni vypěstovat více než miliardu beta buněk“. Foto: MIT.

Pokud se lidi budou chovat jako myši, mělo by jít cukrovku prvního typu (to je ta, při níž si pacient musí píchat inzulín), léčit injekcí. Ta by už  ale nebyla každý den, ale jen jedna na hodně dlouhou dobu a možná i na doživotně. Jen by to nebylo pod kůži, ale hluboko do boku. Jedna dávka buněk vpravená  pod vazivové pouzdro ledviny, by měla nahradit výpadek nemocné slinivky břišní, jejíž beta buňky v Langerhansových ostrůvcích z nějakého důvodu zlenivěly.

Potřebné buňky by mělo jít vypiplat z našich vlastních pluripotentních buněk. Jejich přetváření v inzulín tvořící buňky vědci říkají modulace. Provádí se během kultivace buněk a nově je šestistupňová. Jednu z hlavních rolí v této přeměně hraje transformační růstový „faktor beta“. Vědci jsou schopni potřebné buňky získávat třeba i z kadáverů a přeměňovat je v buňky hodně podobné těm, které v pankreatu tvoří inzulín. Případným atakům imunitního systému u nekompatibilních dárců by mělo zamezit  vkládání buněk do košíčků z polymeru, jehož oka by byla tak malá, že by lymfocytům nedala možnost jimi proniknout. Jako dárci buněk by ale nemuseli sloužit jen motorkáři. Pluripotentních buněk máme všichni i ve  vysokém stáří na takovou léčbu dost. Sami jsme jakýmsi obnovitelným zdrojem buněk tvořících inzulín.

U myší jedna injekce zajistila jeho produkci na devět měsíců, což je téměř celý myší život. I kdyby tomu u nás na tak dlouho nebylo, stále by to mělo být lepší, než si píchat každý den. On totiž i největší výdobytek techniky v podobě automatického dávkovače má své mouchy. Trvale zavedený katetr s pumpou na inzulín za pasem moc velký komfort nenabízí, nehledě na trvale zvýšené riziko otravy krve.

Závěr

Možná není daleko doba, kdy nás diabetolog bude posílat na chirurgii do dveří s nápisem: Transplantační buněčná terapie.

Literatura
Velazco-Cruz L, Song J, Maxwell KG, Goedegebuure MM, Augsornworawat P, Hogrebe NJ, Millman JR. Acquisition of dynamic function in human stem cell-derived beta cells. Stem Cell Reports, Jan 17, 2019. DOI: 10.1016/j.stemcr.2018.12.012