Kinarm Ko a Hans Schöler sú vedúcimi osobnosťami výskumného tímu z Ústavu molekulárnej biomedicíny Spoločnosti Maxa Plancka v nemeckom Münsteri, ktorému sa ako prvému podarilo kultiváciou v laboratórnych podmienkach pretransformovať presne definované typy buniek zo semenníkov (varlat) dospelých myších samčekov na pluripotentné kmeňové bunky a to bez vkladania ďalších génov, bez pomoci vírusov, alebo zmeny proteínov. Jednoducho bez vonkajších zásahov. Takéto kmeňové bunky majú schopnosť vytvoriť všetky typy telesných tkanív (na konci článku je stručné vysvetlenie pojmov omni-, pluri a multipotentné kmeňové bunky, prípadne článok Kmenové buňky z menstruační krve). Tým najdôležitejším faktorom, ktorý prispel k úspešnému preprogramovaniu už špecializovaných buniek na bunky „mnohého schopné“, teda pluripotentné, boli správne podmienky kultivácie. To znie priam neuveriteľne, ak si uvedomíme, že doposiaľ sa z dospelých buniek vytvárali takzvané indukované pluripotentné bunky v podstate len genetickými manipuláciami (napríklad: Vědci převychovali kůži na embryonální kmenové buňky).

Bunky, ktoré nestarnú

 

Bunky mužských semenníkov majú udivujúcu schopnosť produkovať pohlavné bunky, spermie, aj vo vysokom veku 70, 80, či dokonca 85 rokov. To mužom umožňuje po celý život prenášať svoje gény do ďalšieho potomstva, samozrejme ak si na tento účel nájdu dostatočne mladé partnerky. Vitalita semenníkových buniek viedla vedcov k predpokladu, že by mohli ukrývať podobný potenciál ako embryonálne kmeňové bunky, čiže vlastnosť pluripotencie. Znamená to, že by sa mohli transformovať na viac ako 200 rôznych typov buniek ľudského tela.

Nejde o nový poznatok. Už predtým veľa vedcov „zakoplo“ o túto potenciálnu schopnosť samčích pohlavných žliaz nielen u človeka, ale najmä u skúmaného modelového organizmu – u myši. Na počiatku, v roku 2004, japonský tím Takashiho Shinoharu experimentálne potvrdil, že niektoré bunky semenníkov novonarodených myší dokážu vytvárať rôzne druhy tkanív. Správajú sa teda podobne ako pluripotentné embryonálne kmeňové bunky. V roku 2006 nemeckí biológovia pod vedením Gerda Hasenfußa a Wolfganga Engela z Göttigenu tento poznatok rozšírili aj na dospelých myších samčekov. Zaujímavý poznatok nedávno korunoval ďalší nemecký tím Thomasa Skutellu z Univerzity v Tübingene, ktorý odhalil podobnú adaptabilitu aj pri kultivácii buniek z tkaniva ľudských semenníkov. 

Nejednoznačnosť vede nesvedčí

 

"Na prvý pohľad by sa zdalo, že je už dávnejšie známe, že v semenníkoch dospelých mužov a myší existujú pluripotentné bunky. Často však nie je z literatúry jasné, o ktoré bunky sa jedná a čoho sú skutočne schopné,“ vysvetľuje Hans Schöler a jeho slová naznačujú problém strašiaci kdesi v zákulisí výskumu kmeňových buniek. 

Semenníky obsahujú veľké množstvo rôznych buniek. Vedci, ktorí v laboratóriu tkanivá skúmajú, ich musia starostlivo oddeliť a presne zanalyzovať aký typ buniek majú pod mikroskopom. Lenže doposiaľ neexistujú akési záväzné pravidlá, žiadne porovnávacie testy, ktoré by zjednocovali rôzne výskumy a tak na otázku potentnosti buniek nemajú ani odborníci jednoznačnú odpoveď. Čo by niektorí definovali ako "pluripotentné", iní považujú za „multipotentné“, čiže za bunky s už nie tak rozsiahlou slobodou výberu toho, na čo sa môžu diferencovať. 

Jednotné testy by poskytli väčšiu istotu. Podľa nemeckých biológov by medzi nimi nesmel chýbať experiment, pri ktorom sa skúmaný typ buniek implantuje do embrya v rannom štádiu jeho vývoja. Potom je potrebné skúmať, ako sú tieto bunky schopné k vývoju nového organizmu a k formovaniu gaméty prispieť a odovzdať svoje gény ďalšej generácii. Avšak nie každý výskumný tím tieto testy uskutočňuje, čo dôležité otázky ponecháva bez odpovede, a to aj v článkoch publikovaných v renomovaných časopisoch.

Samovoľná zmena programu

 

Aj v tomto ohľade je práca Kinarma Koa a jeho kolegov, uverejnená 1. júla v odbornom časopise Stem cell, veľkým prínosom. Je veľmi precízna, výsledky potvrdzuje mnohými testami in vitro aj in vivo a od počiatku je v nej jasne definované čo je čo a aký typ buniek vedci skúmali. Na kultiváciu použili len dôsledne určené kmeňové bunky zárodočných línií (germline stem cells GSCs) zo semenníkov dospelých myší. V prirodzenom prostredí si tieto bunky plnia jedinú úlohu - neustále vytvárajú nové spermie. Dokonca aj ich vlastná reprodukcia je mimoriadne zriedkavým javom. Aj ony samé sú zriedkavé – medzi desať tisícami iných buniek sú len dve, či tri GSCs. Vedci ich však vedia vyizolovať a v laboratórnych podmienkach namnožiť, čím získajú bunkové línie so stabilnými vlastnosťami, ktoré si bunky dokážu zachovať po celé dlhé týždne, ba až roky, ak sa dodržia štandardné podmienky pri ich kultiváciu. Naďalej sa množia a vytvárajú spermie.

Takáto kultivácia GSCs priniesla nemeckým vedcom nečakané prekvapenie: ak sú bunky rozptýlené v Petriho miske, niektoré z nich sa sami, bez zásahu zvonka preprogramujú a vrátia do embryonálnom stavu. Stanú sa z nich v podstate pluripotentné embryonálne bunky, len im na to treba poskytnúť vhodné podmienky, dostatok času a priestoru. "Zakaždým, keď sme umiestnili do jednotlivých misiek na kultiváciu asi 8000 buniek, niektoré z nich sa v priebehu dvoch týždňoch preprogramovali samé," prezrádza jednoduché tajomstvo úspechu Kinarm Ko. Ak pôvodne unipotentné bunky samé prehodili vývojovú spiatočku a stali sa pluripotentnými, opäť sa začali aj rýchlo množiť.

Vedci mnohými testami dokázali, že sa preprogramovanie a znovunaštartovanie pluripotentných schopností buniek naozaj udialo. In vitro z nich vytvorili bunky srdcového tkaniva, nervy, či bunky endotelu (vnútornej výstelky ciev a orgánov). Takéto možnosti transformácie poskytujú len pluripotentné kmeňové bunky. Uskutočnili aj v úvode spomínaný test na živom organizme. Vytvorili myšiu chiméru – myš v ktorej tele sú bunky dvoch typov s dvoma rôznymi genómami, jej vlastným a s cudzím, získaným z preprogramovaných semenníkových buniek, ktoré vedci implantovali do jej vyvíjajúceho sa zárodku. Tým dokázali, že tieto bunky sa naozaj dokážu zakomponovať do embryonálneho vývoja, zohrať úlohu embryonálnych pluripotentných kmeňových buniek, vytvoriť rôzne druhy tkanív a preniesť svoje gény do ďalšej generácie.

Aj keď sú výsledky výskumu vedcov z Ústavu molekulárnej biomedicíny Maxa Plancka zaujímavé a nanajvýš sľubné, neposkytujú  jednoznačnú odpoveď na otázku, či je tento proces analogický aj u človeka. Skutočnosť, že pluripotentné bunky zo semenníkov vznikajú bez vonkajších zásahov ich z hľadiska bezpečnosti a jednoduchosti ich produkcie posúva vysoko nad iné, ale genetickými zásahmi umelo indukované kmeňové bunky z diferencovaných tkanív dospelého organizmu. Aj keby sa však potvrdilo, že myš a človek sú si v tomto ohľade podobní, neznamená to automaticky, že mužom na semafore génovej terapie zasvietila zelená. Napríklad, ak sa myšiam transplantovali pluripotentné bunky, boli náchylné na tvorbu zväčša nezhubných nádorov – teratómov.

 

---

Splynutím vajíčka a spermie vzniká bunka, ktorá je omnipotentá – čiže úplne „všetkého schopná“. Len z nej sa môže vytvoriť embryo, zárodok kompletného živého organizmu. Bunky z prvých cyklov delenia oplodneného vajíčka (kým je zárodok vo vývojovom štádiu morule) sú tiež omnipotentné.

Ďalším delením a diferenciáciou vzniká vývojové embryonálne štádium nazývané blastocyta. Tvoria ju bunky, ktoré sa síce môžu špecializovať na vývoj rôznych tkanív pre rôzne orgány, ale z nich samotných už zárodok vzniknúť nemôže. Sú to takzvané pluripotentné (mnohého schopné) kmeňové bunky. Práve tieto predstavujú nádej pre liečbu celého radu zatiaľ neliečiteľných chorôb. Žiaľ, v tele dospelého človeka sa takmer nenachádzajú a ich získavanie z nadbytočných embryí je pre spoločnosť veľmi eticky kontroverzné. Ich neproblematickým zdrojom môže byť napríklad pupočníková krv pri pôrode, ktorá hlboko zmrazená môže predstavovať zdroj pre génovú terapiu dieťaťa. Preto sa pre dlhodobé uchovávanie pupočníkovej krvi zakladajú komerčné banky.

Bežne sa v tkanivách dospelého jedinca nachádzajú kmeňové bunky, ktorých úlohou je vo svojom okolí nahrádzať bunky poškodené. Preto sú schopné vytvárať niekoľko príbuzných tkanív, ale už nie sú schopné sa diferencovať na ľubovoľnú bunku tela. Nazývajú sa multipotentné (viacerého schopné). Orgán, v ktorom sa nachádzajú predurčuje a zároveň obmedzuje ich schopnosti. Napríklad z kmeňových buniek kostnej drene sa tvoria rôzne krvné bunky a bunky imunitného systému, aj keď niektoré experimenty ich v laboratórnych podmienkach donútili vytvárať aj neurónom podobné bunky.

Vedcom sa však podarilo úspešne dospelé kmeňové bunky preprogramovať z multipotentných na pluripotentné, či dokonca z už diferencovaných unipotentných buniek kože „vyrobiť“ takzvané indukované pluripotentné bunky. To si však vyžaduje génovú manipuláciu, aj pomocou retrovírusov. Preto je výsledok výskumu nemeckých vedcov o samovoľnom preprogramovaní sa dospelých buniek v prostredí in vitro na bunky pluripotentné tak významný. 

Zdroj:  Science Daily, Wikipedia