Zvětšit obrázek

Výzkumníci Mark Prausnitz a Robyn Schlicher u optického konfokálního mikroskopu sledují jak ultrazvuk otvírá vstupní dveře do buněk. (Georgia Tech, foto Gary Meek)

V krátké době je to po třetí, co se ultrazvuk stává středem zájmu lékařské komunity. Před necelým měsícem přišli vědci z Michigenské university s převratnou myšlenkou použít ultrazvuk k vyhladovění nádorů. Vyvinuli metodu, která je založena na látce, které stačí dodat jen něco málo energie, aby se změnila své skupenství. Když se taková látka ve formě mikrokapiček vstříkne do krve, lze jí potom pomocí směrovaného ultrazvuku „odpálit“ na správném místě. Například v místě zhoubného nádoru. K iniciaci náloží perfluorokarbonu se použije právě ultrazvuk. Ten lze nasměrovat tak, aby vzniklé bublinky plynu ucpaly kapiláry v požadovaném místě. Nádor tak přijde o živiny a odumře. Výhodou takové léčby je její šetrnost, obejde se totiž jak bez škodlivých chemoterapeutik, tak bez chirurga.

Zhruba ve stejné době se dostal ultrazvuk na přetřes ještě jednou. Bylo to na poli neurologů a hrál zde úlohu škůdce. Ultrazvukové vlny, které se používají k vyšetření plodů během těhotenství, jsou totiž schopny usazené mozkové buňky ve vyvíjejícím se embryonálním mozku natolik poplést, že „ozvučené“ neurony začnou cestovat z místa na místo a ukládat se tam, kam nemají.

Potřetí během měsíce se lékaři začali o ultrazvuk zajímat v souvislosti s jevem zvaným kavitace. Tentokrát to zaujalo především molekulární genetiky, protože ultrazvukem lze terapeutickým molekulám  „otvírat dveře“ v buněčné membráně.

Genová terapie se potýká se dvěma hlavními problémy. Tím prvním je poskládání vhodné molekuly, která by byla schopna v buňce uvádět věci na pravou míru. Tím druhým problémem je, jak takovou molekulu do buňky dostat. I když je buňka nemocná, tak se vstupu  molekul do svého nitra vehementně brání. Zvláště jsou-li to molekuly velké. Způsobů, jak buňku ošálit, je celá řada. Každé šálení s sebou ale nese i nevýhody a ty většinou převládají. Pro představu, jak se geny do buněk dají nacpat, zde několik metod zmíníme.

Mikroinjekce
Tato metoda je sice velmi účinná a přesná, nicméně jak s ní provádět léčbu a provést ji najednou u tisíců až milionů buněk, které tvoří naše orgány, tak na to ještě nikdo nepřišel.

Elektroporace
Pod tímto názvem se neskrývá nic jiného než „rána elektrickým proudem“. Membrána  se díky pulsujícímu elektrickému poli může uvést do stavu kdy je částečně propustná. Vznik pórů nastává při transmembránovém potenciálu 0.5-1.5V. Její použití na celý orgán je rovněž problematické.

Zvětšit obrázek

Buňka z nádoru prostaty, která byla vystavena působení ultrazvuku. Snímek je z elektronového mikroskopu a pro zvýraznění místa, kde je membrána otevřena je buňka dodatečně hnědě kolorována. (foto: Robyn Schlicher, Robert Apkarian a Mark Prausnitz)

Chemická transfekce
S některými chemikáliemi, například s kalciuomfosfátem lze získat směs sraženiny s kousky DNA. Takové konglomeráty adherují na povrchu buněk a část z nich ji takové cucky fagocytuje. Učiní tak jen asi 10% buněk a to se jim ještě musí pomáhat dimetyl sulfoxidem (DMSO). Metoda není moc účinná a navíc je DMSO látka s dost slušným rakovinotvorným účinkem.

Přenašeči
K nejznámějším metodám přenosu genů do cílových patří užití virů, nebo plasmidů. Získání takového vektora je značně nákladné a komplikované.  O neúspěších tohoto způsobu léčby Osel psal již několikrát. Například v souvislosti s tzv. „bublinovými dětmi“.

Ultrazvuk
Vědci nyní přichází s prostou myšlenkou. Tak prostou, až je geniální. Žádné chemikálie, žádné viry a místo injekce chtějí navrtávat membránu buňky ultrazvukem. Tím vrtákem plnícím současně funkci mikroinjekcí, jsou vlastně bubliny. Fyzikálně jde o děj zvaný kavitace.
Otvory jsou do membrány činěny prakticky mechanicky a zajistí to rozpínání plynů. Když ve vodném prostředí stoupne hladina ultrazvuku nad určitou mez, nepatrné bublinky přítomných plynů se rozkmitají až nakonec explodují. Vznikají rázové vlny, které dají do pohybu tekutinu ve svém okolí. Takový mini gejzír tekutiny má tlaky ve stovkách MPa a trvání v nanosekundách. Takovému beranidlu membrána nemá šanci odolat. Pokud jsou v blízkosti molekuly DNA, vlítnou takovými dveřmi dovnitř, jakoby se nechumelilo. Je pochopitelné, že buňka si to nenechá dlouho líbit a že takové dveře otevřené infekci zase brzo přibouchne. Má pro podobné případy v záloze čety opravářů - váčky napěchované proteiny. Při porušení membrány rychle přispěchají a otvor pomocí svých proteinů zalátají.

Kavitace
Kavitace je množina jevů spojená se vznikem, výskytem a působením dutin ( bublin ) v kapalině. Jestliže má ultrazvukové vlnění dostatečnou intezitu - nad 50 W/cm2 dochází ke vzniku kavitace, to jest ke vzniku a zániku množství malých bublinek v kapalině s frekvencí ultrazvukového vlnění. Tvorba a zánik těchto bublinek, způsobené rázy ultrazvukových vln jsou běžně využívány v procesech jako je např. čištění povrchů, dispergace, eroze povrchů a pod. V nejbližším okolí těchto bublinek dochází k pozoruhodnému uvolnění energie. Lokální růstu teploty spojený s tímto dějem se odhaduje až na 3000°C. Kavitace je vlastně studeným varem v kapalině.

Aby vědci poznali, jak velké díry lze touto metodou do membrány udělat a jak dlouho potom takové záplatování děr buňce trvá, pozorovali buňky různými mikroskopy. Optickým i elektronovým. Zjistili, že efekt docílený ultrazvukem, zmíněná kavitace, vyvine dostatečnou sílu, že se nevytváří jen nějaké otvůrky, ale že to jsou spíše „dveře“ dokořán“, které umožňují vstupovat molekulám až 50 nanometrů v průměru. To je důležité tím pádem lze tak do buňky dostat většinu molekul nukleových kyselin, které se při genové terapii používají.

Otvírání vstupu do buňky pomocí ultrazvuku je záležitost vratná. Spodní pohled je z konfokálního mikroskopu. Vlevo jsou buňky před vystavením ultrazvuku, uprostřed v době vyslání ultrazvukových vln, vpravo později po zákroku. Šipky označují místa s porušenou membránou. (Foto: Mark Prausnitz)

Metoda má ještě jednu výhodu, o které zde zatím nepadla řeč. Nemusí být použita jen pro přepravu nukleových kyselin. Jde o neinvazivní metodu s jejíž pomocí by mělo jít dopravovat do buněk i další velké molekuly, například chemoterapeutika. Navíc by k tomu měl stačit jen relativně levný generátor ultrazvukových vln. Cytostatik by nebylo potřeba tolik a tak by se jimi nemuselo „otravovat“ celé tělo. Zákrok by probíhal jen v tom místě, kam by byl nasměrován ultrazvuk. 

Než se popsaná metoda uplatní v praxi, musí nejdříve proběhnout schvalovací proces u úřadu FDA. Jeho součástí by měla být příprava podrobných návod k použití pro různé situace.  Něco jiného je totiž použít ultrazvuk na buňky v kultuře a něco jiného u buněk nahloučených v orgánu. Stávající pokusy ukazují, že zhruba u třetiny buněk je možno počítat s tím, že u nich kavitační efekt provede k žádoucímu otevření membrány a přijmutí nabídnuté molekuly DNA. I když je výzkum v této oblasti teprve na začátku, dosavadní výsledky jsou víc než nadějné.

Prameny: Georgia Tech and Emory University in Atlanta,  Ultrasound in Medicine and Biology (Vol. 32, No. 6)

Komentář osla: Léčba kavitací je tak trochu jako léčba kupónovou privatizací. V obou případech se na chvíli zhasne a po určitou dobu lze bezproblémově převádět velké balíky sem, tam. A když se poblíž té léčebné DNA nachomejtne DNA Kožených, Krejčířů,... můžou nastat problémy.