Ve Stanfordu, na půli cesty mezi San Franciskem a San Jose, se kmenovými buňkami zabývají již dlouho. Na University School of Medicine, v laboratoři doktorky Helen Blau se zajímali o to, proč se při normálním stárnutí svalů zhoršuje jejich schopnost znovu nabýt původní sílu. A hlavně jak to, že když se po zranění starý sval opraví zcela novými buňkami, už to s jeho výkonem stejně není jako dříve.

Delší dobu je už známo, na běžné garanční opravy a pro případ zranění, máme v tkáních zásobu buněk, kterým se říká kmenové. Mají za úkol nedělat nic. To dělají ale jen do chvíle, než se nějaké specializované buňce udělá nevolno. Pak se v rychlokurzu musí kmenová buňka naučit všechno, co zvládala její zkušená kolegyně, než z nějakého důvodu vypadla. Při mimořádkách, kdy je najednou potřeba náhradnic více, musí se kmenové buňky bezodkladně rozrodit a do učení na patřičnou profesi dát všechny své ratolesti. K takovým situacím dochází například při obnově svalu, když si ho nešťastnou náhodou, nebo sportem zhuntujeme. Problém je v tom, že čím jsme starší, tím jsou i ty naše kmenové buňky, co původně měly být stále mladé, nějak línější. Blau a jejím spolupracovníkům se  podařil husarský kousek, který popsali v právě vydaném čísle časopisu Nature Medicine.  Omladili a zregenerovali starý sval tak, že pracuje, slovy básníka, jedna báseň.

Zvětšit obrázek

Helen Blau, profesorka mikrobiologie a imunologie, ředitelka Stanford Baxter laboratoře pro biologii kmenových buněk, vedoucí kolektivu, kterému nyní vyšel o posilování svalů pomocí kmenových buněk článek v Nature Medicine. (Kredit: Stanford Univ.)

Složité to není, jen nejdříve museli zjistit, jak na to. Začali u myší izolovali kmenové buňky z mladých a starých zvířat a zjišťovali, čím se liší. Přišli na to, že dvě třetiny buněk od starých dárců, se ukázaly být nefunkční.  Zkusili je přimět k rozumu přenesením do svalů myších puberťáků. S leností starých mazáckých buněk to ani nehnulo. Nabyli dojmu, že tento způsob renovace nejspíš nebude tím nejvhodnějším.  
Průkopnictví slepých cest se ale nakonec ukázalo být přece jen k něčemu dobré. Tím, že pracovali jak s buňkami myší mladých, tak i těch dvouletých (což odpovídá našim 80 letům) přišli na rozdíl v aktivitě enzymů. Hlavně v kaskádě enzymu  jménem  „p38 MAP kináza“. Jde o součást cesty, kterou musí kmenové buňky projít a co je postrkuje do specializovanějšího stádia jejich buněčné kariéry. Tedy v procesu, kdy z kmenových plodných „slečen“ se stávají zkušené odbornice v menopauze s titulem svalová specialistka.  A právě v tom se ukázal být zakopaný pes. Když připravovali kmenové buňky ze svalu myších stařečků a začali je kultivovat (buňky, pochopitelně. Stařečci jsou nekultivovatelní), získávali jen málo početné buněčné kolonie.  S malým počtem buněk nelze dělat zázraky a zchátralé svaly se vylepšit nedařilo. Když ale od myších dobrovolníků, takřka nad hrobem, do kultivovaných buněk přimíchali do živného média lektvar blokující enzymatickou  „p38 kinázovou kaskádu“ (jinak řečeno, zatrhli buňkám jejich choutky na specializaci) stařecké buňky se množily o sto šest. Vlastně v tom byli zakopaní psi dva. Ten druhý spočíval v úpravě lože. I na kvalitě ubytování totiž záležela ochota buněk se množit.

Dříve se buňky v kultuře pěstovaly ve skle na Petriho miskách. Teď už se chovají v plastových lahvičkách s uzávěrem. Lze v nich tak po jistou dobu lépe udržet patřičnou atmosféru a tudíž i potřebné pH kultivačního media. I při tomto typu ubytování jim nabízíme jen rovné tvrdé dno.  Primadonám, jakými kmenové buňky evidentně jsou, se pryčny nepozdávají a do množení se zrovna nehrnou. A když ano, tak ne na dlouho a jako by to chtěly mít rychle za sebou, přechází do menopauzy s kvalifikací svalová specialistka. Oblafnul je až hydrogel. Na jeho měkké matraci, opravuji – matrici, se to buňkám zamlouvá a snadno se dají přemluvit, aby daly hodně potomstva. Je to vlastně logické. Ve svalu v přirozeném stavu, se také buňky nemačkají na podlaze, ale v jakémsi lešení a hydrogel jim iluzi 3D prostoru imituje dostatečně. 

Zvětšit obrázek

Kmenové buňky jsou choulostivky. V hebkém hydrogelu si připadají, jako ve svalu, nezvrhávají se a i po namnoožení si všechny zachovávají vlastnosti kmenových buněk schopných zalátat poškozenou tkáň. (Kredit: BLAU LAB)

Stáří není o stochastice a házení mincí ano – ne. Je to kumulativní záležitost a dokonce i kmenové buňky ve svalu postupně ztrácejí svou neposkvrněnou kmenovou příslušnost. Zatím co se vědci na celém světě snaží o to, aby z již diferencovaných buněk pomocí chemie získali zpět ty správné všeho schopné kmenové, ve Stanfordu zvolili jiný přístup. Již někam „nakročené“ kmenové buňky se předělat zpátky nesnaží. Zajímají se jen o ty „extra panenské“, ochotné se množící. Protože jich ve starých svalech  mnoho není, prodloužili tomu málu, co se jim podařilo získat, jejich rozmnožovací choutky blokováním již zmíněného enzymu, využívaného buňkami k diferenciaci. Během sedmi dnů tak z původního počtu kmenových buněk získávají šedesátkrát tolik. S velkým počtem náhradníků se dá udělat více muziky i slušnější samo-obnova svalu. Dokonce vylepšit i to, co se ochablým kmenovým buňkám v přirozeném stavu nedaří.

Zbývalo prověřit, zda to funguje také v praxi. Svěřili to Scottu Delpovi. Vysloužil si přezdívku drsňák, nebylo mu zatěžko vymyslet a provádět test při němž myším stařenkám nejprve způsoboval zranění a pak jim do poničeného svalu aplikoval namnožené kmenové buňky získané od jiné stařenky. Za dva měsíce po transplantaci namnožených buněk se poničený sval zhojil a začal si plnit svou funkci. Svalům se vrátila ne ta "stařecká" síla, ale ta, kterou oplývaly za mlada. Měl vlastně štěstí, že týral myši.

I když hydrogel funguje na kultivaci kmenových buněk bezvadně, stanfordští již pracují na něčem podobném, ale z proteinů. To  aby šlo v praxi snáz regenerovat třeba totálně ustřelené a znovu přišité údy. Do velkých ran se vkládat hydrogel moc nedoporučuje a lešení z proteinů, které by bránilo kmenovým buňkám aby se nerozutekly, by se prý hodilo.  

V nejbližší době Blau hodlá vše zopakovat, tentokrát na lidech. Prý by nic nemělo bránit, aby se již odzkoušenou metodou průtokové cytometrie zadařilo vycucnout z pacientovy tkáně něco málo kmenových buněk a ty pak už mimo něj v hydrogelovém inkubátoru namnožit na regimenty jeho vlastní buněčné omladiny.  Pomnožené opravářské čety pak chtějí vědci směle poslat na místa ochablá.  A protože půjde o buňky vlastního těla, netřeba se prý obávat odhojovacích a jiných komplikací.
Jsme zvyklí vídat pacienty, jak po úrazech chodí z nemocnic o francouzských holích. Nejspíš už není daleko doba, kdy tomu bude naopak. Zatímco babky se prý začnou za své hůlky stydět a s choutkami na tancovačku se budou domů vracet bez nich, my dědkové, začneme na své maršálské hole být znovu pyšní a i s choutkami je budeme rádi brát s sebou domů. 

V I D E O

Brian K. Kennedy, PhD, in conversation with Helen M. Blau, PhD,   Director, Baxter Laboratory for Stem Cell Biology

   
Literatura:
Rejuvenation of the muscle stem cell population restores strength to injured aged muscles, Nature Medicine, DOI: 10.1038/nm.3464