Historie výzkumu kmenových buněk (PDF

Historie výzkumu kmenových buněk
Miliony lidí na celém světě trpí poruchami zdraví, které jsou výsledkem poškození některých
specializovaných buněk jako například buněk srdečního svalu při infarktu, nervových buněk
mozku při Parkinsonově či Alzheimerově chorobě, buněk slinivky břišní při diabetu a dalších.
Zdá se, že současná medicína má šanci dostat do ruky zcela unikátní nástroj k nápravě těchto
závažných poruch. Nástrojem jsou buňky, pro něž je typický enormní potenciál dávat
vzniknout v zásadě libovolnému specializovanému buněčnému typu.
Tyto unikátní buňky se označují jako buňky kmenové a jejich zdroj lze nalézt nejen ve
vyvíjejícím se zárodku, ale také ve speciálních oblastech tkání a orgánů dospělého člověka.
Výzkum kmenových buněk není zcela nový. Poznatky vedoucí k buněčným terapiím věda
získává již od 50. - 60. let, kdy se vědci naučili buněčné kultury rozmnožovat. Postupně
přicházeli mnohé další objevy, např. objev růstových faktorů ( za který byla udělena
Nobelova cena ), poznatky o embryogenezi, možnost pěstovat embryonální buňky mimo
embryo atd. V poslední době přibylo velmi důležité zjištění, že v mozku mohou nové nervové
buňky vznikat celý život (i když v malém množství), že tedy jejich počet při narození není
definitivní, jak se dlouhou doby myslelo.
Tento objev otevírá celou řadu dalších otázek – např. o možném využití kmenových buněk v
mozku dospělých jedinců, o stimulaci větší produkce nových nervových buněk
(neurogeneze), směrování jejich vývoje atd.
První polovina 20. století
Výzkum a studium většiny kmenových buněk na začátku 20. století bylo spíše velkou
neznámou. Výzkum byl limitován relativně malým počtem výzkumníků, laboratoří a také
finančních prostředků nutných pro výzkum. Důležitou úlohu při výzkumu buněk schopných
sebeobnovy hrály pokusy o transplantaci kostní dřeně. Lékaři se zabývali otázkou, zda-li
bude v budoucnu možné provést transplantaci kostní dřeně z jednoho člověka na druhého
(alogenní transplantace).
Na začátku 20. století, kolem roku 1900, byla prováděna transplantace kostní dřeně pacientům
s anémií a leukémií. Ačkoliv tato terapie byla neúspěšná, laboratorní experimenty nakonec
ukázaly, že myším, které mají poškozenou kostní dřeň, může být obnoveno zdraví pomocí
infuze kostní dřeně do krevního řečiště získané z jiných myší.
V roce 1909 Maximov ve své přednášce v nemocnici Charité v Berlíně vyjádřil teorii, že
lymfocyty působí jako obecné kmenové buňky a migrují tkáněmi, aby se usídlily ve vhodném
mikroprostředí. Tvrdil, že kmenové buňky patří do skupiny mononukleárních buněk a ve své
práci se zabýval především morfologií kmenových buněk ( MAXIMOV A., 1909).
V roce 1917 německý fyziolog a lékař Artur Pappenheim publikoval svůj předpoklad o
existenci nediferencovaných buněk, které nazýval „gemeinsame Stammzelle“
(PAPPENHEIM A. 1917).
Pappenheim soustředil svůj zájem zejména v oboru hematologie, zabýval se krvetvornými
kmenovými buňkami. Své poznatky shrnul v časopise Folia haematologica a také napsal
několik knih.
Ve 30. letech 20. století také začal výzkum oplodnění lidských vajíček in vitro, popsaný v
časopise Science (1944;100;105 – 107), který může být považován za první krok k přípravě
hES a klonování.
Nadále pokračoval výzkum týkající se transplantací, zabývali se jimi zejména E.Donnell
Thomas, M.D. a Joseph E. Murray, M.D. [1] Oba vědci byli průkopníky lékařské terapie,
která zahrnovala transplantaci tkáně nebo orgánu z jednoho člověka na druhého. Doktor
Murray je průkopníkem transplantace ledvin (první úspěšná transplantace ledvin byla
provedena v roce 1954) a doktor Thomas kostní dřeně.
Transplantace kostní dřeně pomáhá při řadě závažných onemocnění, jako je leukémie nebo
aplastická anémie. Při transplantaci kostní dřeně musí kostní dřeň pokračovat v dělení a dává
vznik periferním krevním buňkám po celou dobu života příjemce transplantace, na rozdíl od
transplantace ledvin. Transplantace kostní dřeně byla vůbec první formou terapie pomocí
kmenových buněk (shrnuto v Human Embryonic STEM CELLS, KIESSLING A. and
ANDERSON S.C., 2007).
[1] V roce 1990 dostali za svůj výzkum Nobelovu cenu.
Druhá polovina 20. století
V průběhu druhé poloviny 20. století pokračoval intenzivní výzkum kmenových buněk,
vědci a výzkumné laboratoře po celém světě se snažili zejména o rozluštění potenciální
schopnosti těchto specializovaných buněk v medicíně. Vědci objevili, že potenciálně největší
význam mají kmenové buňky pocházející z časných embryí (viz obrázek 1).
Nejdříve se podařilo izolovat kmenové buňky ze zvířat a až o
několik let později byly izolovány lidské embryonální
kmenové buňky (human embryonic stem cells – hESCs).
Kmenové buňky získané z časných embryí byly použity v
řadě experimentů, mimo jiné také k pokusům o léčení
některých závažných onemocnění.
Obrázek 1: Linie
embryonálních kmenových
buněk jsou ustaveny
převedením buněk
embryoblastu (anglicky ICM)
do in vitro podmínek a jejich
další kultivací.
V průběhu 80. a 90. let 20. století zaznamenala věda také
obrovský rozvoj v biotechnologii, což následně vedlo k
dalšímu pokroku ve výzkumu kmenových buněk. Technika
se zaměřením na úpravu genetického materiálu a metod pro
růst buněk v laboratořích otevřela dveře zejména pro
výzkum hESCs. Do výzkumu hESCs byly vkládány velké
naděje. Zároveň to však, zejména ve Spojených státech,
vzbudilo intenzivní veřejnou diskusi, která posléze vedla až
k zákazu takovýto výzkum podporovat z federálních
prostředků. To vedlo k tomu, že vědci, kteří v přínos
takového výzkumu věřili, hledali prostředky jinde než u
státu. Získat peníze potřebné k výzkumu jinak než z
federálních prostředků bylo poměrně složité, výzkum
kmenových buněk ve Spojených státech tedy na nějaký čas
stagnoval.
50. léta 20. století
Od roku 1950 začaly experimenty, které potvrzovaly existenci hematopoetických kmenových
buněk (hematopoietic stem cells – HSCs) v kostní dřeni. Tyto buňky po transplantaci
umožnily ozářeným zvířatům následnou obnovu krvetvorby (FORD C.E., HAMERTON J.L.,
et al., 1956).
Zralá kostní dřeň obsahuje kromě
HSCs také mezenchymové kmenové
buňky (mesenchymal stem cells MSCs), (viz obrázek 2), které mohou
být odvozeny od primitivních buněk,
schopných
diferencovat
se s
potenciálem MSCs nebo HSCs
(HALL F., HAN B., et al., 2001).
Krvetvorba je jedním z nejvíce a
nejdéle propracovaných modelů
studia kmenových buněk a slouží
jako vzor pro experimentální práci s
jinými systémy kmenových buněk.
V letech 1955-1962, pokračoval Dr.
Thomas ve výzkumu transplantace
kostní dřeně. Ve svém výzkumu
použil psy jako modelový systém pro
člověka a ustanovil základní pravidla pro úspěšnou transplantaci kostní dřeně (shrnuto v
Human Embryonic STEM CELLS, KIESSLING A. and ANDERSON S.C., 2007).
Obrázek 2: Lidské mezenchymální kmenové buňky
vyrůstající z kostní spikule získané při sedimentaci od
dárce kostní dřeně (převzato z NOLTA A. J., 2006).
Paralelně probíhal výzkum o možnostech kultivace buněk mnohobuněčných organismů in
vitro, který pokračoval v průběhu celé druhé poloviny 20. století (viz tabulka).
Klinické práce se zcela věnovaly dozráváním lidských oocytů získaných z vaječníků pacienta
po stimulaci gonadotropním hormonem (STEPTOE P.C., EDWARDS R. G., 1971). Tyto
oocyty byly oplodněny v podmínkách in vitro a dále rostly až do stádia blastocysty 5. den v
kultuře a potom do 9. dne, kdy se embryo přeneslo do dělohy pacienta (EDWARDS R.G.,
SURANI, M.A.H., 1978).
Tyto pokusy byly zpočátku neúspěšné, ale zdokonalení podpory luteální fáze vedlo k
otěhotnění a později také k narození prvního dítěte (EDWARDS R.G., STEPTOE P.C. et al.,
1980).
Historie výzkumu in vitro fertilizace (EDWARDS R.G., 2001).
1959 Narození prvního zvířete ze zkumavky.
1962 Systematický soubor dospělých oocytů z pacientových vaječníků.
1962 Králičí embryonální kmenová buňka roste a dělí se in vitro
z vnitřní buněčné masy.
1963 Prokázání existence králičí linie kmenových buněk.
1965 Lidské zárodečné vaječné buňky dospěly in vitro do metafáze 2.
1967 Injikace buněk do myší blastocysty za vzniku chiméry. [2]
1968 Úspěšné rozmnožení králičí blastocysty.
1968 Oplození prvního lidského vajíčka.
1969 In vitro oplodnění lidských oocytů.
1970 Získání zralých oocytů z lidských folikulů po stimulaci gonadotropiny.
1971 Lidské oplodnění a embryo rostoucí in vitro do rozvinutí blastocysty.
1972 Přeměna lidského embrya začíná.
1977 Lidské embryo roste do 9. dne, novinky o kmenových buňkách.
1978 Narození prvního dítěte ze zkumavky. [3]
1984 První pokus o produkci lidských kmenových buněk.
Rok 1957 byl významný prvním úspěšným pokusem nitrožilní infuze kostní dřeně vážně
nemocným pacientům, kteří byli léčeni ozařováním a chemoterapií. Pokus byl proveden v
Mary Imogene Bassett Hospital, Cooperstown, USA. O rok později (1958) Jean Dausset
identifikoval jeden z mnoha lidských histokompatibilních antigenů. Tyto bílkoviny se
nacházejí na povrchu většiny buněk v těle a jsou označovány HLA (human leukocyte
antigens). Jde o nejvýznamnější lidský antigenní systém, důležitý z imunologického a
transplantačního hlediska. Hlavní funkcí HLA komplexu je účast v prezentaci Ag specifickým
receptorům TCR na T lymfocytech. Někdy jsou označovány jako transplantační antigeny,
protože v souvislosti s výzkumem transplantační imunity byly vlastně objeveny.
[2] Jako chiméra se označuje organismus, který je směsicí geneticky odlišných buněk na
úrovni všech tkání a také vytváří pohlavní buňky s genotypem jak dárce, tak příjemce.
Chimeričtí jedinci vznikají injikací ES buněk dárce do blastocysty příjemce. První úspěšné
pokusy s vytvořením chimér savců (tj. živočichů, jejichž těla se skládají ze dvou nebo více
částí těl různých druhů) se datuje počátkem 60. let. Nezávisle na sobě se jimi zabývali Andrei
Tarkowski z Polska v roce 1961 a Beatrice Mintz pracující ve Philadelphii v roce 1962. V
roce 1968 se této problematice věnoval také Richard Gardner. Výsledky výzkumu
předznamenaly novou éru manipulace s myšími geny a vedly k většímu porozumění jejich
funkce. Jejich tvorba není samoúčelná, pomohla zodpovědět řadu otázek vývojové biologie a
našla i praktické uplatnění.
[3] Louise Joy Brown z Velké Británie byla prvním narozeným dítětem ze zkumavky.
60. léta 20. století
V roce 1960 bylo zjištěno, že pluripotentní buňky se nachází v savčím embryu(LANZA
R., GEARHART J. et al., 2006).
V 60. letech byl také popsán teratokarcinom
vytvořený z embryonálních zárodečných
buněk myší (embryonic germ cells – EGs).
Embryonální nádorové buňky (embryonal
cacinoma cells - EC) byly identifikovány
jako druh kmenových buněk, konkrétně jako
kmenové buňky teratokarcinomu (obrázek
3). [4]
Vědci také zjistili, že lidské blastocysty
kultivované in vitro mají ty samé
vývojové možnosti jako blastocysty
rostoucí in vivo. Tyto pokusy umožnily
počátek práce s lidskými kmenovými
buňkami pro terapeutické účely.
Obrázek 3: Struktury teratomu, které mají v
pravé polovině charakter "epidermoidní"
cysty, vlevo je zachycena tuková tkáň a
sliznice připomínající respirační trakt,
zvětšeno 20x (převzato z HES O., HORA M. a
kol., Teratom varlete: současná klasifikace z
pohledu WHO z roku 2004).
Systematické studium s hematopoetickými
buňkami zahájila pionýrská práce Tilla a
McCullocha v Torontu začátkem roku
1961. Hlavním zaměřením této laboratoře
bylo pochopit rozdíl mezi radiosenzitivitou
normálních a rakovinových buněk. Till a McCulloch také prokázali existenci buňky CFU-S
(colony forming unit-spleen) pomocí metody slezinných kolonií (TILL J.E., MCCULLOCH
E.A., 1961). V roce 1962 bylo poprvé použito termínu kmenová buňka Goodmanem a
Hodgsonem, kteří definovali vztah těchto buněk k obnově krvetvorby u myší po celotělovém
ozáření (GOODMAN J.W., HODGSON G.S., 1962).
V roce 1963 vědci na univerzitě v Torontu
kvantitativně
popsali
sebeobnovení
aktivity kostní dřeně u myši, které byla
kostní dřeň transplantována od jiného
jedince. Ve stejném roce doktor Thomas
(obrázek 4) na Univerzitě ve Washington
Shool of Medicine v Seattlu sestavil tým
vědců,
kteří
začátkem
70.
let
demonstrovali, že pacienti s leukémií,
aplastickou anémií nebo genetickými
onemocněními mohou být vyléčeni
transplantací kostní dřeně (bone marow
transplantation – BMT).
Obrázek 4: Dr. Joseph E. Murray a E. Donnall
Thomas. V roce 1990 získali Nobelovu cenu za
objevy týkající se orgánové a buněčné
transplantace k léčení lidských onemocnění.
V roce 1964 Pierce ukázal, že se jediná EC buňka může obnovit nádor a diferencovat se v
potomstvo (KLEINSMITH and PIERCE, 1964). Tímto demonstroval, že EC buňky jsou
kmenové buňky nádorů (LANZA R.P, GEARHART J., et al., 2006).Roku 1965 a 1966
Gilbert a Lajtha publikovali práce, v nichž rozlišili ve tkáních dospělého organismu tři typy
buněk podle charakteristické kinetiky (GILBERT C.V., LAJTHA L.G., 1965). Diferencované
buňky, které nejsou schopny buněčného dělení, byly popsány jako typy neproliferující
(statické popualace bez známky obnovy během života). Mezi tyto buňky se řadí např. neurony
všech typů, buňky srdeční svaloviny (kardiomyocyty) nebo odontoblasty. Další typy pak
zahrnují buňky, které se více nebo méně intenzivně dělí. Mezi typy pomale proliferující se
řadí např. buňky hladké svaloviny, ledvinných tubulů (nefrony), gliové nebo kostní buňky
(osteocyty). Jaterní buňky (hepatocyty), vazivové (fibroblasty), pankreatu nebo epitelová
výstelka dýchacího traktu se řadí mezi typy rychle proliferující. Mezi typy velmi rychle
proliferující patří např. střevní buňky, krvetvorné buňky a nezralé buňky pokožky.
V roce 1968 byla v návaznosti na výzkum transplantace kostní dřeně doktorem Thomasem
provedena první úspěšná transplantace u dvojčat, z nichž jeden trpěl několika kombinacemi
získané imunitní nedostatečnosti. Transplantace kostní dřeně mezi dvěma identickými
dvojčaty zaručovala naprostou HLA (human leukocyte antigens) kompatibilitu mezi dárcem a
příjemcem.
[4] Teratomy jsou nádory, které obsahují buňky více než jednoho zárodečného listu, zpravidla
všech tří zárodečných listů (ektoderm, entoderm, mezoderm). Tyto buňky mohou být
fenotypu od časných stádií až po terminálně diferencované. Teratomy mohou být benigní
nebo maligní (teratokarcinom). Tento nádor obsahuje různé diferencované buněčné typy
zahrnující svaly, nervy a kůži. (LANZA P.R., GEARHART, J.et al. 2006).
70. léta 20. století
Výzkum transplantace kostní dřeně pokračoval také v 70. letech. V roce 1973 se podařilo
transplantovat kostní dřeně mezi nepříbuznými jedinci.
Operace byla úspěšně vykonána v roce 1973 v
New Yorku. Pětiletý pacient měl vážnou
kombinaci
syndromu
získané
imunitní
nedostatečnosti, transplantace kostní dřeně od
dárce z Dánska nalezeného přes krevní banku mu
zachránila život. Tato procedura je v dnešní
medicíně rutinní záležitostí a každoročně se po
celém světě provádí tisíce úspěšných operací,
které zachraňují lidské životy (shrnuto v Human
Embryonic STEM CELLS, KIESSLING A. and
ANDERSON S.C., 2007).
Obrázek 5: Buňky kostní dřeně v kultuře,
zvětšeno 200x (převzato z TOMITA S., LI
R.K et al., 1999, Autologous
transplantation of bone marrow cells
improves damaged heart function).
V 70. letech byl také zahájen cílený výzkum
zaměřený na léčebné využití transplantací fetální
nervové tkáně [5]. Po počátečních pokusech
začala být nezralá nervová tkáň transplantována
do mozku savců, nejčastěji hlodavců (LE GROS
C., 1940, GLEES, 1955, DAS, 1971). Tyto práce potvrdily schopnost fetální nervové tkáně
růst a diferencovat se v mozku příjemce. Objevily se také myšlenky na terapeutické využití
transplantátu a znamenaly bouřlivý rozvoj celé disciplíny. Rozvinuly se regenerativní přístupy
usilující o synaptické začlenění transplantátů do hostitelského parenchymu.
Terapeutické využití těchto různých směrů neurálních transplantátů slibovalo nový
přístup a velkou naději k léčení Parkinsonovy choroby (PD), Huntingtonovy choroby,
amyotrofické laterální sklerózy, retinitis pigmentosa, demyelinizačních chorob,
chronické bolesti, epilepsie, mozkového a míšního poranění.
V roce 1976 publikovali Friedenstein a spol., že dřeňové aspiráty kultivované při vysokém
ředění tvoří fibroblastické kolonie (FRIEDENSTEIN A., GORSKAJA U., et al., 1976).
Následně Owen a Friedenstein navrhli, že stromální buňky, zvláště dřeňové, mají potenciál
generovat progenitory adipocytů a osteocytů (OWEN M., FRIEDENSTEIN A.J., 1988). Což
bylo později prokázáno, navíc i se schopností tvořit chondrocyty (KEATING A., SINGER J.,
et al., 1982). V roce 1978 byly kmenové buňky objeveny v lidské pupečníkové krvi.
[5] Samotné dějiny neurálních transplantací však začaly o mnoho let dříve. K nejstarším
literárním záznamům o transplantaci nervové tkáně patří publikace W.G. Thompsona z roku
1890 o transplantaci kortexu dospělých psů a koček do mozku dospělých psů a publikace E.H.
Dunnové z roku 1917 o transplantaci kortexu desetidenních potkanů dospělým jedincům. V
průběhu 20. století byla do mozku transplantována celá řada tkání i jiného původu, např.
ledvina, tuková tkáň, brzlík, kůže, duhovka, neoplastické tkáně, periferní nerv, spinální
ganglia, které doložily schopnost tkání přežívat neomezeně dlouhou dobu v CNS dospělého
hostitele. Tyto studie posléze vedly k pohledu na mozek jako na imunologicky relativně
privilegovanou tkáň (BARKER and BILLINGHAM, 1977, RAJU and GROGAN, 1977,
HAŠEK aj., 1977, BRENT, 1990, SLOAN aj., 1991, MOKRÝ, 1992, FINSEN aj., 1988). Ke
znalostem o chování neurálních transplantátů přispěla i řada experimentů s transplantacemi
nervové tkáně na nižších obratlovcích, jejichž cílem bylo převážně studium neurohistogeneze.
Ve studiích byly poprvé použity embryonální štěpy, tj. ne dosud plně diferencované nervové
tkáně, která po transplantaci dobře přežívá, diferencuje se a integruje se s hostitelským
parenchymem. Tyto studie (např. DETWILLER, 1925, WEISS, 1950) potvrdily skutečnost,
že i plně rozrostlý a diferencovaný transplantát nedokáže funkčně nahradit chybějící nervové
buňky nebo skutečně rekonstruovat chybějící části mozku či opravit poškozené nervové dráhy
hostitelského mozku.
80. léta 20. století
V roce 1981 byla publikována práce popisující odvození linií pluripotentních diploidních
embryonálních kmenových (ES – embryonic stem) buněk z embryoblastu myších blastocyst
(mouse embryonic stem – mES), (EVANS M.J., KAUFMAN M.H., 1981) (obrázek 6).
Netrvalo dlouho a vědci se je naučili účinně
kultivovat a cíleně diferencovat. mES buňky se
tak staly významným výzkumným objektem.
Napomohly výzkumu procesů, které se
odehrávají během embryonálního vývoje a také
byly používány k testování léčiv přímo na
buněčné kultuře. Největší uplatnění našly při
tvorbě tzv. transgenních myší. [6]
V polovině 80. let laboratoř doktora Caplana
začala
experimentovat
s
pročištěním
mesenchymálních kmenových buněk (MSCs–
mesenchymal
s
izolací
a
purifikací
mesenchymálních
kmenových
buněk
(Mesenchymal Stem Cells - MSC) z kostní
dřeně dospělého člověka (LANZA P.R.,
GEARHART J., et al., 2006). Zdá se, že
mesenchymální kmenové buňky jsou různě
roztroušené po těle a mají tu výhodu, že jsou
snadno izolovatelné (např. z tukové nebo
svalové tkáně). Přibližně 30 % buněk v kostní
dřeni se sklonem k plasticitě se považuje za
MSCs (PROKOP D., 1997). Ty je možné
expandovat in vitro (AZIZI S., STOKES D., et
al., 1998) a přimět je, aby se diferencovaly.
Kultury MSCs jsou zbaveny hematopoetických
progenitorů.
Obrázek 6: Schéma izolace ES buňek z
blastocysty a následná kultivace na
myších embryonálních fibroblastech
(převzato z KIRSCHSTEIN a SKIRBOLL,
2001).
Skutečnost, že MSCs lze expandovat in vitro a stimulovat je k tvorbě buď kostní,
chrupavčité, vazivové, svalové nebo tukové buňky, je činí velmi atraktivními pro
tkáňové inženýrství a genové terapie (KOC O., LAZARUS H., 2001). MSCs injikované do
cirkulace se mohou integrovat do řady tkání, včetně kostní dřeně, ze které se mohou MSCs i
jejich potomci uvolňovat do organismu. MSC buňkami se laboratoř doktora Caplana zabývala
již dříve. V začátcích laboratoř vyvinula metodu získání a kultivování nediferencovaných
mesenchymálních buněk z vyvíjející se končetiny 4,5 dne starého kuřecího embrya (LANZA
P.R., GEARHART J., et al., 2006).
Svůj rozvoj zaznamenala také metoda cílené manipulace genomu ES buněk –gene
targeting. V této metodě jde o to, že klony ES buněk nesoucí genetickou změnu ve formě
heterozygota, jsou expandovány in vitro a znovu injikovány do myšího embrya. Vzniknou tak
chimérické myši, skládající se ze směsi intaktních buněk a heterozygotně mutovaných buněk.
V případě, že se mutované ES buňky diferencují v chimérickém zvířeti na zárodečné buňky,
pak určité procento potomků chiméry jsou heterozygotně mutované myši, nesoucí mutaci ve
všech buňkách. Křížením těchto heterozygotních myší vzniknou zvířata s homogenní mutací
(ad 12). Od roku 1985 gen targeting ES buněk významně změnilo genetický přístup pro
odhalení genových funkcí in vivo. Tento přístup poskytuje důležitou informaci pro
všechny obory přírodních věd a pro vytváření myších modelů, sloužících ke studiu
lidských nemocí.
V roce 1989 byla získána klonovaná linie lidských embryonálních nádorových buněk. (HEC
– human embryonal carcinoma), která může nahradit tkáně ze všech tří základních
zárodečných vrstev. Tato linie však měla omezené schopnosti proliferační a diferenciační.
[6] Jedinec vzniklý z pohlavních buněk oplodněného vajíčka, do nichž byl uměle vpraven
určitý gen, který se obvykle náhodně zabudoval do vlastní dědičné informace.Tyto myši mají
buďto vnesen určitý gen navíc (tzv. „knock-in“ proces), nebo jim je nějaký gen vyřazen
(„knock-out“). Na takovýchto mutantech lze provádět např. výzkum ontogenetického vývoje.
90. léta 20. století
V roce 1994 byly kultivovány a expandovány lidské blastocysty (BONGSO, 1994). V
letech 1995 – 1996 byly ES buňky získané z vnitřní buněčné masy makaků a udržovány v
podmínkách in vitro. Tyto buňky byly pluripotentní a diferencovaly se normálně do všech tří
základních zárodečných vrstev.
Rok 1997 byl převratný zejména v souvislosti s reprodukčním klonováním.
Obrovský ohlas veřejnosti způsobilo potvrzení úspěchu pokusu o naklonování prvního
savce ze somatické buňky dospělého jedince. Ovce Dolly do historie vstoupila 23. února
1997, kdy byl veřejnosti Skotským výzkumným ústavem potvrzen úspěch pokusu, který vedl
profesor Ian Wilmut. Tato událost spustila vlnu vášnivých diskusí o etických hranicích v
genetice. Dva roky poté, co se Dolly narodila, bylo zjištěno, že buňky v jejím těle
neodpovídají jejímu fyzickému stáří, ale spíše její genetické předchůdkyni šestileté ovci. Ke
konci života trpěla řadou chorob a ve věku 6 let musela být utracena. Ovce plemene Finn
Dorset, ke kterému Dolly patřila se však běžně dožívají 12 let života.
Zlomovým rokem ve výzkumu kmenových
buněk byl rok 1998.Poté, co byly získány
embryonální kmenové buňky z myší (mESCs
– mouse embryonic stem cells) v roce 1981,
lákavou představou se stalo získání lidských
embryonálních kmenových buněk (human
embryonic stem cells – hESCs). Tyto buňky
by se staly ideálním objektem pro výzkum
signalizačních drah, které se podílí na
diferenciaci buněk a tím i v embryonálním
vývoji člověka. Vědci se získáním hESCs
intenzivně zabývali již dříve, ale k získání Obrázek 7: Blastocysta, šipla ukazuje ICM
stabilní linie hESCs došlo až v roce 1998 (převzato z KIM a kol., 2005).
(THOMSON et al., 1998). Tým amerických
a izraelských vědců vedený James Thompsonem z Univerzity ve Wisconsinu izoloval buňky z
vnitřní buněčné masy (inner cell mass – ICM) blastocysty (obrázek 7) raných embryí a
ustanovil první lidskou embryonální kmenovou buněčnou linii.
Od té doby byly získány stovky samostatných lidských linií ESC buněk v mnoha laboratořích
po celém světě. Izolací lidských embryonálních zárodečných buněk Johnem Geartem z John
Hopkins Hospital a embryonálních kmenových buněk Jamesem Thomsonem z University of
Wisconsin se výzkum a jeho praktické využití v medicíně posunul zase o krok dopředu.
Velká časová prodleva mezi izolací mES a hES byla způsobena obtížností získání stabilní
linie hESCs. Dlouhé mezidobí bylo vyplněno izolací embryonálních kmenových buněk jiných
druhů, např. křečka (DOETCHMANN et al., 1988) krávy (SIMS and FIRST, 1993), králíka
(GRAVES and MOREADITH, 1993) a v neposlední řadě také primátů, např. kosmana
(THOMSON et al., 1996). Později byly izolovány i embryonální kmenové buňky prasete
(MIYOSHI et al., 2000). hESCs se sice podařilo izolovat již v roce 1994, ale získaná linie
vydržela pouze několik dní (BONGSO et al., 1994). Od roku 1998 se výzkum hESC stal
velkou senzací. První stabilní linií se podařilo získat Thomsonovi (THOMSON et al., 1998).
O dva roky později jej napodobili REUBINOFF et al. (2000) a po nich následovala celá řada
dalších (PARK et al., 2003; MITALIPOVA et al., 2003; INZUNZA et al., 2005; KIM et al.,
2005b; KLIMANSKAYA et al., 2005; GENBACEV et al., 2005). Úspěšnost izolací hESCs se
liší a je závislá především na zkušenosti dané pracovní skupiny. Např. THOMSON et al.
(1998) získal 5 buněčných linií ze 14 embryí, MITALIPOVA et al. (2003) izolovala pouze 3
linie z 58 embryí. Řada laboratoří po celém světě se výzkumu začala intenzivně věnovat,
nákladný výzkum se soustředí na embryonální i dospělé kmenové buňky. Významným
pokrokem bylo také získávání EG buněk v podmínkách in vitro.
V roce 1999 výzkumníci na Cedars – Sinai Medical Centre v Los Angeles v USA získali 10 –
15 neurálních kmenových buněk od pacienta, který trpěl Parkinsonovou chorobou. Tyto
buňky použili k vyprodukování 6 milionů dopaminergních neurálních buněk. Tyto buňky byly
reintrodukovány do mozkové tkáně pacienta. Produkce dopaminu vzrostla o 62 % a došlo k
40 – 50 % celkovému zlepšení stavu pacienta. Ve stejném roce kanadští výzkumníci vytvořili
z dospělé somatické neurální kmenové buňky různé typy krevních buněk zahrnující
myeloidní, lymfoidní a rané hematopoetické buňky (JANOWSKA-WIESZOREK A., 1999).
V letech 1999 a 2000 vědci objevili, že manipulací s dospělou myší tkání je možné
vyprodukovat různé typy buněk. To znamenalo, že buňky kostní dřeně by mohly
produkovat například nervové nebo jaterní buňky. Tyto objevy byly na poli výzkumu
kmenových buněk vzrušující a daly příslib větší vědecké kontroly diferenciace a
rozmnožování kmenových buněk.
Tab. 1: Zisk linií teratokarcinomu, primordiálních zárodečných buněk a embryonálních
kmenových buněk (WOBUS A.M., BOHELER K.R., 2006).
1972 myš (Mus musculum) Evans 1972
1980 člověk (Homo sapiens) Zeuthen et al. 1980, Primordial germ
cells (primordiální zárodečné buňky)
1992 myš (Mus musculum) Matsui et al. 1992, Resnick et al.
1997 králík (Oryctolagus cuniculus) Moens et al 1997
1997 kuře (Gallus domesticus) Chang et al. 1997
1997 prase Hampshir x Yorkshire (Sus scrofa) Piedrahita et al.,
Shim et al.
1998 člověk (Homo sapiens) Shamblott et al. 1998
Tab. 2: Zisk linií teratokarcinomu, primordiálních zárodečných buněk a embryonálních
kmenových buněk (WOBUS A.M., BOHELER K.R., 2006).
1981 myš (Mus musculum) Evans and Kaufman 1981, Martin
1983 myš, z haploidní blastocysty Kaufman et al. 1983
1983 myš, z partenogenetické blastocysty Alen et al. 1994
Robertson et al.
1988 golden hamster (Mesocricetus auratus) Doetschman et al.
1990 myš, z androgeneic blastocyst Mann et al. 1990
1991 ovce (Ovis dalli) Notarianni et al. 1991, Wells et al. 1997
1992 norek americký (Mustela vison) Sukoyan et al. 1992,
Sukoyn et al. 1993
1993 králík (Oryctolagus cuniculus) Graves et al. 1993,
Schoonjans et al. 1996
1994 krysa, potkan (Rattus norvegicus) Lannaccone et al. 1994
1994 prase (Sus scrofa) Li et al. 2003, Wheeler 1994
1995 makak rhésus (Macaca mulatta) Pau and Wolf 2004,
Thomspon et al. 1995)
1996 dobytek, skot (Bos taurus) Mitalipova et al. 2001, Stice et al.
1996
1996 common marmoset (Callithrix jacchus) Thompson et al.
1996, 1998
1996 kuře (Gallus domesticus) Pain et al. 1996, Petitte et al.2004
1998 Medaka (Oryzias latipes) Hong et al. 1998a,1998b
1998 člověk (Homo sapiens) Thompson et al. 1998
2002 kůň (Equus sp.Hokaido native pony) (Saito et al. 2002)
2002 Cynomolgus monkey (M.afascicularis) Nakatsuji et al.
2002, Suemori et al. 200
2004 myš Mus spretus xMus musculum) Hochepied et al.2004
2004 pes (Canus familiaris)
2004 člověk, z klonované blatocysty Hwang et al.2004
2004 člověk z partogenetické blastocysty Chen and Li 2004
Výzkum na začátku 21. století
Během začátku 21. století výrazně vzrostlo množství článků publikovaných ve vědeckých
časopisech týkajících se kmenových buněk a jejich potenciálního využití v medicíně, zejména
dospělých kmenových buněk. Využitím dospělých kmenových buněk by se smazaly některé
etické a morální problémy, které provází výzkum embryonálních kmenových buněk.
V roce 2001 byla ve Velké Británii (jako v první zemi vůbec) povolena legalizace klonování
lidských embryí pro získávání kmenových buněk. Zákon však stanovoval, že se blastocysty
musí zničit do věku 14 dní. Americké společnosti Advanced Cell Technology Inc. se v
listopadu 2001 podařilo poprvé naklonovat lidské embryo k lékařským účelům. Američtí
vědci použili metodu zvanou partenogeneze (vývoj vajíček bez přidání genetického materiálu
z buněk spermie až do stadia dospělých jedinců), doslova "panenské početí". Ve stejném roce
se administrativa bývalého amerického prezidenta Bushe stavěla proti financování výzkumu
kmenových buněk, při kterých docházelo ke zničení lidského zárodku.
O rok později, v roce 2002, způsobila v souvislosti s kmenovými buňkami obrovský rozruch
americká bioložka Catherine Verfaillieová, která popsala typ dospělých kmenových buněk z
kostní dřeně. Tyto buňky se podle Verfaillieové mohou proměnit na jakýkoli ze všech 230
typů buněk dospělého savčího těla. Vzklíčilo tak semínko naděje, že by se dalo nemocnému
odebrat buňky kostní dřeně a vypěstovat z nich v laboratoři prakticky jakýkoli typ buněk
použitelný pro léčbu. Imunitní systém pacienta by tyto buňky neodmítal, protože by je
rozpoznal jako vlastní. Do té doby byla schopnost diferencovat se na jakýkoli typ buněk
připisovaná jen kmenovým buňkám vypěstovaným z velmi raných zárodků tj. z
embryonálních kmenových buněk. Verfaillieová objevila v kostní dřeni tzv. multipotentní
dospělé progenitorové buňky. Ty nabízely východisko v tom, že by je lékaři mohli každému
pacientovi odebrat a vypěstovat mu z nich náhradu za buňky v tkáních a orgánech poničených
chorobou nebo poraněním. Mnoho vědců z různých laboratoří se snažilo výsledky
průlomových experimentů zopakovat, ale nikomu z nich se to nepodařilo. O něco později se v
jejím výzkumu prokázala řada nesrovnalostí. Ukázalo se, že šest diagramů z publikace Nature
byla zcela totožná s diagramy v článku Experimental Hematology, i když měly popisovat
vlastnosti jiných buněk. Ve stejném roce výzkumníci na University of Minnesota Medical
School ukázali, že dospělé somatické kmenové buňky, o kterých se předtím myslelo, že mají
velmi omezenou schopnost specializace, se mohou diferencovat za určitých okolností do
jiných buněčných typů, jako nervové nebo krevní buňky.
V roce 2003 byla ve Velké Británii založena UK Stem Cell Bank – první evropská banka
kmenových buněk. Linie embryonálních kmenových buněk jsou uchovávané zmrazené v
tekutém dusíku. Ve stejném roce vytvořili vědci (londýnská King College) svou první linii
lidských embryonálních kmenových buněk. V roce 2003 také vyšla publikace týmu
amerického biologa Geralda Schattena, která dokazovala, že při odstraňování jaderné dědičné
informace z vajíčka určeného ke klonování mizí u primátů zároveň i bílkoviny nutné pro další
zdárný vývoj zárodku. Vytvořená opičí embrya díky tomu svou dědičnou informaci dělí mezi
nově vznikající buňky s mnoha chybami. O něco později vědec Mitalipov prokázal, že u
makaka se lze těmto problémům vyhnout. V roce 2003 také Dr. Songao Shi z Dental Biology
Unit a National Institute of Health identifikoval dospělé kmenové buňky v primárním
mléčném chrupu. Objevené progenitorové buňky zahrnovaly adipocyty, osteoblasty,
chondrocyty a mesenchymové kmenové buňky. Tyto typy buněk jsou všechny zkoumány pro
svoji schopnost terapeutického využití při některých srdečních onemocněních a většiny
nervových degenerativních chorobách jako Alzheimerova choroba, Parkinsonova choroba a
poranění míchy. Dětský mléčný chrup je uskutečnitelnou, etickou a morálně nekontroverzní
alternativní možností zisku kmenových buněk.
Rok 2004 byl významný zejména v souvislosti s
terapeutickým klonováním (viz obrázek 8).
Jihokorejští vědci pod vedením Woo Suk Hwanga
prohlašovali, že vyprodukovali první lidskou
embryonální
kmenovou
buněčnou
linii
z
neoplodněného lidského vajíčka. Linie však byla
nakonec ukázána jako nepoužitelná a Woo Suk
Hwang byl usvědčen z vědeckých podvodů. Velký
mezinárodní skandál zanechal ve veřejnosti
pochybnosti a nedůvěru ve vědeckou společnost.
Tým amerických vědců vedený Shoukratem Obrázek 8: Klonované embryo ve
Mitalipovem z Oregonského národního centra pro stádiu osmi buněk.
výzkum primátů vnesl jádra opičích buněk do 304
vajíček zbavených vlastní jaderné dědičné informace. Z těchto vajíček tak získal 35 embryí,
která dosáhla stádia vhodného pro tvorbu embryonálních kmenových buněk. Z nich se
podařilo získat dvě linie těchto buněk. Poprvé tak byl ověřen princip terapeutického klonování
u primátů (BYRNE J.A., et al., 2007).Terapeutické klonování se tímto objevem posunulo
vpřed, přestalo být u primátů hypotetickou možností a mezinárodní soutěžení ve vývoji
nových terapií dostalo nové obrátky.
Ve stejném roce se ISCF (International stem cell forum) začalo zabývat etikou a předpisy
týkající se výzkumu kmenových buněk. Pokusy na terapeutickém klonování s lidskými
buňkami zahájila britská bioložka Mary Herbertová z Univerzity v Newcastlu ve spolupráci s
Mitalipovem.
V roce 2005 byla v Soulu otevřena banka kmenových buněk pro vytváření a dodávání nových
linií kmenových buněk. Zakládání kmenových bank způsobilo velký ohlas z řady veřejnosti
dalšími etickými otázkami. Jedna strana viděla v zakládání kmenových bank spíše naději a
další rozvoj, druhá strana se k problematice stavěla spíše negativně. Ve stejném roce vědci na
Kingston University v Anglii prohlašovali, že našli novou skupinu kmenových buněk. Tyto
buňky byly nazvané embryonální kmenové buňky pupečníkové krve. Vědci prohlašovali, že
tyto kmenové buňky mají schopnost diferenciace do více buněčných typů než dospělé
kmenové buňky, skýtají tedy větší možnosti uplatnění v buněčné terapii.
Projekty ISCF a ESTOOLS
V roce 2006 se jménem ISCF (International Stem Cell Forum), the Australian National
Health a Research Council začal zabývat správností výzkumu souvisejícím s kmenovými
buňkami po celém světě. ISCF sponzorovalo mezinárodní projekt koordinovaný
univerzitou v Sheffieldu k popsání 59 lidských embryonálních kmenových linií ze 17
laboratoří po celém světě. Navzdory odlišnosti genotypů a různé techniky použití pro
odvození a jejich zachování se všechny linie jevili velice podobné. Linie nicméně nebyly
zcela identické, byly pozorovány některé genově závislé odchylky. Na tomto projektu se
podíleli i čeští vědci, kteří se v Brně intenzivně zabývají výzkumem kmenových buněk.
Výzkum kmenových buněk v Brně
Obrázek 9: Založení linie hESCs. Převzato z DVOŘÁK P.,
Poodhalené tajemství kmenových buněk, Vesmír 28. 4. 2009.
Doc. MVDr. Aleš Hampl, CSc. a doc. Ing. Petr Dvořák, Csc. působí na Lékařské fakultě
Masarykovy univerzity (LF MU) a v Ústavu experimentální medicíny AV ČR, v.v.i.
Oba badatelé se od začátku devadesátých let intenzivně věnují studiu molekulárních
mechanismů, které řídí vývoj pohlavních buněk a buněk časného embrya u modelového
organismu – myši. Díky této expertíze byly tito dva badatelé první a dosud jediní v ČR, kteří
na jaře roku 2003 ustavili sérii sedmi nezávislých linií kmenových buněk z lidských zárodků
ve stádiu blastocysty, takzvaných lidských embryonálních kmenových (ES) buněk.
Stojí za zmínku, že tímto úspěchem, detailně popsaným v práci „Derivation and
characterization of new human embryonic stem cell lines in the Czech Republic“ (obr. 9),
(DVOŘÁK P., HAMPL A., et al., 2004), předstihli i takové vědecky vyspělé země jako je
například Velká Británie. Současná vědecká aktivita obou badatelů je dnes věnována
výhradně studiu biologických vlastností lidských ES buněk a vývoji technologií, které mají za
cíl zlepšit jejich kultivaci (množení) v podmínkách in vitro (v Petriho misce) a také umožnit
jejich diferenciaci do buněčných typů, potřebných pro léčbu lidských onemocnění. V těchto
vědeckých aktivitách nejsou brněnští badatelé osamoceni. Již od roku 2004 jsou Hampl a
Dvořák členy mezinárodního vědeckého uskupení nazvaného „International Stem Cell
Initiative“ (ISCI), jehož cílem je porovnat
všechny, či alespoň co největší počet na
světě existujících linií lidských ES buněk.
Motivem pro takovou rozsáhlou a náročnou
studii, jejíž první výsledky již byly
publikovány v renomovaném časopisu
Nature Biotechnology (Adewumi et al.,
2007), je potřeba nalezení znaků, podle nichž
bude v budoucnu možné rozhodnout, zda
daná linie lidských ES buněk je „kvalitní“ a
zda je či není vhodná pro léčebné či jiné
účely. Další, neméně významnou aktivitou Obrázek 10: Kolonie lidských embryonálních
badatelů Hampla a Dvořáka je účast na kmenových buněk rostoucí na podpůrné
čtyřletém vědeckém projektu financovaném vrstvě lidských fibroblastů.
z prostředků EU „ESTOOLS – Platformy
pro biomedicínské objevy na lidských ES buňkách“. Tento projekt je prvním a dosud
největším projektem v EU, který je zaměřen výhradně na studium lidských ES buněk. Jeho
hlavním koordinátorem je profesor Peter Andrews z Univerzity v Sheffieldu ve Velké
Británii a sdružuje dvě desitky vědeckých pracovišť z jedenácti zemí. Česká republika je
přitom jedinou zemí bývalého východního bloku, která má v tomto projektu vědecké
zastoupení.
Přelomový rok 2006 – indukované pluripotentní kmenové buňky
Indukované pluripotentní kmenové buňky (induced pluripotent stem cells – iPSCs), jsou
obrovským příslibem pro tvorbu buněk, tkání a orgánů využitelných pro léčbu mnoha
závažných onemocnění. Donedávna potřebovali vědci k jejich vytvoření kvartet virů,
upravených metodami genového inženýrství. Teď jim stačí jediný. Zasloužil se o to
týmGustava Mostoslavskyho z Boston University. Jejich úspěch je jen dalším z dlouhé série
průlomových objevů, jež se na poli výzkumu indukovaných pluripotentních kmenových
buněk odehrály.
Šílené tempo, jakým se tento obor rozvíjí,
neuniklo ani vydavatelům prestižního vědeckého
časopisu Science při tradičním vyhlašování
„průlomu roku“. Pomyslnou zlatou medaili získal
právě impozantní pokrok na poli výzkumu
indukovaných pluripotentních kmenových
buněk. Ty mají podobné vlastnosti jako mnohem
známější
embryonální
kmenové
buňky.
Neomezeně se množí a pokud jim vědci vytvoří v
laboratoři vhodné podmínky, proměňují se v
předem vybraný typ buněk. Rejstřík jejich
„rekvalifikací“ je neomezený a může z nich
vzniknout kterýkoli z 230 typů buněk, tvořících
dospělé lidské tělo.
Obrázek 11: Gustavo Mostoslavsky se
svými spolupracovníky. Zleva: Raul
Mostoslavsky, Gustavo Mostoslavsky,
Joyce Hsu, David Lombard a Frederick
Alt. (Foto: Graham Ramsay)
Význam takových buněk je zřejmý. Pacientovi
by z nich mohli lékaři vypěstovat náhradu za
buňky, tkáně nebo orgány zničené chorobou či
zraněním. Embryonální kmenové buňky mají
stejnou schopnost. Jejich hlavní nevýhodou je, že
se získávají z lidských embryí, což je pro mnoho lidí jen ztěží přijatelné. Indukované
pluripotentní kmenové buňky lze vypěstovat pro kohokoli vnesením genů pro tzv.
transkripční faktory například do buněk jeho kůže.
Obrázek 12: Alison Ebertová
Transkripční faktory „pozapínají“ v buňce takovou
kombinaci genů, jež zaručí proměnu kožní buňky na
univerzální „surovinu“ pro pěstování dalších buněk.
Na sklonku loňského roku tak tým vedený Alison
Ebertovou z University of Wisconsin-Madison
připravil indukované pluripotentní kmenové buňky z
kůže pacienta postiženého dědičnou formou svalové
dystrofie. Při této chorobě se defektně vyvíjejí
neurony, ovládající svalová vlákna. Svaly
nemocných lidí od narození slábnou. Choroba může
přerůst v ochrnutí a pacient může zemřít už v raném
dětství. Studium vývoje nemoci a hledání léčby je
velice komplikované. Ebertová vytvořila z kůže
pacienta s tímto typem svalové dystrofie indukované
pluripotentní kmenové buňky a z těch pak
vypěstovala v laboratoři neurony. Takto získané nervové buňky trpěly stejnými defekty jako
neurony nemocných. Ebertová už začala hledat léky, které by nežádoucí proměně neuronů
zabránily.
Průkopník tohoto oboru, japonský biolog Shinya
Yamanaka, (TAKAHASHI K. et al. 2006, TAKAHASHI
K. et al. 2007, YU J. et al. 2007, SYKOVÁ E., 2008)
vytvořil první indukované pluripotentní kmenové
buňky v roce 2006 pomocí kvarteta geneticky upravených
virů. Každý z nich vnášel do buněk jiný typ transkripčního
faktoru. Když se v buňce sešla kompletní čtveřice genů,
mohla se buňka změnit na indukovanou pluripotentní.
Buňky, pro které se ujalo označení indukované
pluripotentní kmenové buňky, se kvalitou vyrovnají
buňkám získaným z embrya. Mají oproti nim ovšem hned
několik výhod. Při jejich pěstování není zapotřebí lidský
zárodek. Teoreticky lze každému člověku tyto buňky
vypěstovat z jeho kůže. Případnou léčbu takovými
buňkami by nekomplikovaly nežádoucí reakce imunitní
Obrázek 13: Shinya Yamanaka
obrany na transplantované buňky, tkáně či orgány. Buňky
však měly nízkou účinnost a jeden z používaných genů u nich navíc zvyšoval sklon k
nádorovému bujení. Japonec tedy místo retrovirů použil mnohem bezpečnější adenoviry. O
něco později (2008) se mu podařilo indukoval kmenové buňky zcela bez pomoci virů, ale
pouze u myší a jen s malou účinností. Indukované kmenové buňky se mohou stát ideální
surovinou k produkci léčivých buněk, například neuronů pro pacienty s Parkinsonovou
chorobou nebo inzulin produkujících buněk pro diabetiky apod.
Později se podařilo získat „universální buněčnou“ surovinu i s pomocí tří či dokonce jen dvou
genů. Gustavo Mostoslavsky dokázal „zabalit“ geny potřebné pro proměnu buněk do jediného
viru. Účinnost tvorby „univerzálních buněk“ tak stoupla na desetinásobek. Zároveň se
dramaticky snížil počet míst, kam viry vnášené geny umístí. Tím stoupla bezpečnost celé
procedury, protože s každým „vmáčknutím“ genu do DNA buňky roste riziko poškození
vlastních genů buňky nebo narušení koordinace jejich práce. To může mít vážné následky.
Kromě jiného i nádorové bujení. Mostoslavsky dosáhl proměny kožních buněk na indukované
pluripotentní po zabudování genů na jedno jediné místo. Nyní chce z takto vzniklých
indukovaných pluripotentních kmenových buněk geny opět odstranit. Vznikla by tak „čistá“
linie buněk bez cizorodého genetického materiálu.
Roky 2007-2008
Na začátku roku 2007 vědci pod vedením Dr. Anthony Atala prohlásili, že v amniotické
tekutině izolovali nový typ kmenových buněk. Tento objev může být důležitý zejména proto,
že tyto kmenové buňky mohly být další vhodnou alternativou emryonálních kmenových
buněk.
V roce 2008 tým z Ústavu experimentální medicíny AV
ČR vedený profesorkou Evou Sykovou a Výzkumného
ústavu živočišné výroby, kde skupinu vede Tibor Moško,
dokázaly během čtyř měsíců dosáhnout stejného výsledku
jako japonští badatelé. Buňku odebranou z kůže vědci
změnili pomocí genové manipulace a vrátili ji tak do
výchozího stavu univerzální kmenové buňky. „Hlavním
přínosem je fakt, že touto metodou se obejde imunitní
bariéra pacienta. Všechny dosavadní kmenové buňky
odebrané z embryí vyvolávají v organismu příjemce
odmítavou reakci, kterou je nutné tlumit,“ říká profesorka
Eva Syková. Podle jejích slov je rovněž výhodou, že
novým postupem připravená kmenová buňka nemá
tendenci měnit se v nádorovou. Nová technologie umožní
studovat příčiny onemocnění a hledání léčebných postupů.
Vědci, kteří jsou aktivní v rámci Centra buněčné terapie a
tkáňových náhrad, se tak připojili jako první v České
republice k několika světovým laboratořím zvládajícím Obrázek 14: Eva Syková
tento postup. V roce 2008 pokračoval výzkum klonování lidských zárodků. Výrazně se také
posunula legislativa týkající se výzkumu kmenových buněk v některých vyspělých zemích.
Současná situace
Situace v Česku
Česká republika je ve výzkumu kmenových buněk pro léčebné účely na velmi dobré úrovni.
Jak ČTK řekl profesor Josef Syka z Akademie věd ČR, Česko je určitě stejně daleko jako
například Británie a severské země, které jsou na špici evropského výzkumu. V Česku je
výzkum financován státem a umožnil ho zákon z roku 2006. V Česku pravidla výzkumu na
kmenových embryonálních buňkách upravuje zákon z února 2006. Legalizuje výzkum na
kmenových embryonálních buňkách z nadbytečných nebo poškozených vajíček. Zakazuje
však klonování a další nepovolené nakládání s lidským genomem a embryi.
Výzkum v USA
Rozvíjející se výzkum embryonálních kmenových buněk to ani
ve světě nemá snadné. V USA tento výzkum zmrazil v září
2001 americký prezident George Bush, když zakázal tento obor
financovat z vládních zdrojů.
„Tento zákon by podpořil maření nevinných lidských životů v
zájmu naděje na nalezení zdravotního prospěchu jiných lidí. To
překračuje morální hranice toho, co může slušná společnost
přijmout, proto jsem ho vetoval,“ zdůvodnil Bush své vůbec
první veto. V Kongresu se pak prezidenta nepodařilo
přehlasovat.
V roce 2009 americký prezident Barack Obama podpisem
stvrdil zrušení zákazu státního financování výzkumu
kmenových buněk z roku 2001. Vyjádřil přitom naději, že tento
výzkum pomůže léčit některé z nejvážnějších nemocí.
Obrázek 15: George Bush
"Lékařské zázraky se nestávají jen tak náhodou," řekl Obama, který podpisem příslušného
nařízení před početnými diváky v Bílém domě splnil jeden ze svých předvolebních slibů.
V oblasti výzkumu kmenových buněk tak zvrátil politiku, kterou prosadil jeho předchůdce
George Bush, když v roce 2001 omezil financování výzkumu kmenových buněk na několik
úzce vymezených programů na amerických univerzitách. Tento krok vedl podle názoru
odborníků k zaostávání tohoto vědeckého oboru v USA za ostatními zeměmi světa.
Nadaci Christophera a Dany Reeveových, kterou založil slavný herec, který ochrnul po pádu z
koně a před čtyřmi lety zemřel, také Obamovo rozhodnutí potěšilo. "Tím, že Obama oddělil
politiku od vědy, rozvázal ruce těm vědcům, kteří chtějí využívat tyto obdivuhodné kmenové
buňky, poznat je a vyvinout možnou a účinnou léčbu nemocných," říká prezident nadace
Peter Wilderotter.
Podle ředitelky Ústavu experimentální medicíny Akademie věd Evy Sykové bude Obamovo
rozhodnutí znamenat přínos i pro české vědce. "Já vidím velikou výhodu těchto povolení pro
případné klinické užití. USA, které jsou velmoc, tak velmi rychle ty výsledky transformují do
praxe, a myslím, že i nám to pomůže v naší práci, že snadněji budeme takovou terapii
prosazovat i v Evropě," uvedla Syková.
Po zákazu státního financování na tom byly Spojené státy mimořádně špatně. Státní podpora
nyní přispěje bezpochyby k tomu, že výzkum půjde rychle dopředu. Ze 700 miliard dolarů,
které chtějí USA dát na překonání krize, by mělo jít deset miliard do Národního ústavu zdraví.
Z těchto peněz bude financován i výzkum léčebného využití kmenových buněk.
USA schválily výzkum prvních linií lidských kmenových buněk
Washington, 3. prosince 2009 (Mediafax). Americká vláda ve středu schválila použití prvních
třinácti linií lidských embryonálních kmenových buněk, vědci tak budou moci na jejich
výzkum čerpat peníze z federálního rozpočtu. Informovala o tom agentura Reuters.
Třináct nových linií kmenových buněk bylo
vytvořeno podle přísných etických směrnic
NIH. Dalších 96 linií čeká na přezkoumání a
brzy lze očekávat jejich schválení, uvedl
ředitel Národního zdravotnického institutu
(NIH)Collins. Linie vytvořili dva vědci z
Harvardské a z Rockefellerovy univerzity za
použití soukromých finančních zdrojů.
Zákaz financování výzkumu kmenových
buněk zrušil v březnu americký prezident
Barack Obama.Zákaz vydal jeho předchůdce
George W. Bush. Obama nemohl anulovat Obrázek 16: Ilustrační foto:
nařízení vydané Kongresem, které zakazuje © Mediafaxfoto.cz
financovat vytváření buněk, protože to
vyžaduje zničit lidské embryo. Vědcům však svým rozhodnutím umožnil použít finance z
federálního rozpočtu k práci s buňkami vypěstovanými ze soukromých zdrojů.
K vytváření nových linií používají vědci embryonální buňky z klinik pro pomoc při
neplodnosti a podle etických směrnic NIH musí k tomu mít souhlas rodičů. Vědci chtějí
buňky použít k pěstování nové tkáně pro lékařské účely. Kmenové buňky se odebírají ze
čtyř nebo pět dní starých embryí a mají schopnost přetvořit se v lidskou buňku libovolného
orgánu. To může pomoci při léčbě dědičných chorob, například Alzheimerovy a
Parkinsonovy nemoci nebo cukrovky
Bushův zákaz padl, USA opět využívají kmenové buňky
Americké zdravotní úřady povolily používat
třináct
nových
linií
embryonálních
kmenových buněk ke státnímu výzkumu.
Podle agentury AFP se jedná o první
podobný krok za nové politiky, kterou
ohledně využívání těchto lidských buněk
prosadil prezident Barack Obama.
Ředitel amerického Národního ústavu zdraví
(NIH) Francis Collins ujistil, že tyto kmenové
buňky se získaly z darovaných embryí podle
schváleného etického postupu. NIH poskytující finanční prostředky na zdravotnický výzkum
se připravuje dát k dispozici federálním vědcům ještě více těchto buněk, dodal Collins.
Obamův předchůdce v úřadu George Bush omezil s ohledem na své křesťansko-konzervativní
voliče před devíti lety financování výzkumu kmenových buněk na několik úzce vymezených
programů na amerických univerzitách, v nichž bylo možno pracovat pouze s buněčnými
liniemi izolovanými ještě před vstupem zákazu v platnost. Tento krok vedl podle názoru
odborníků k zaostávání tohoto vědeckého oboru v USA za ostatními zeměmi světa. Obama
dal již během volební kampaně najevo, že k této otázce zaujme nový postoj.
Kmenové buňky mají schopnost proměnit se v
libovolný typ buněk lidského těla. Mohly by
proto být využity jako "náhradní díly"
například po úrazu páteře nebo při léčbě
cukrovky, Parkinsonovy choroby a dalších
nemocí. Kmenové buňky je možno získat z
embryí v raném stádiu jejich vývoje. Vědci
pracují i na dalších metodách, které se bez
embryí obejdou, zatím však není jisté, které z
možných řešení se v praxi osvědčí nejlépe.
Vědci využívají embrya, která na klinikách asistované reprodukce zbyla po oplodnění ve
zkumavce a která jsou stejně odsouzena k zániku, protože nebudou nikdy vnesena do matčiny
dělohy. V tomto stádiu připomínají dutou kouli, v níž ještě nejsou ani stopy po nervové
soustavě.
Především církve a křesťanské organizace však proti jejich využití protestují, protože podle
jejich názoru lidská bytost vzniká už při splynutí vajíčka se spermií. "Rozebrání" embrya na
kmenové buňky je tedy z tohoto úhlu pohledu spojeno se smrtí člověka.