Vedci vytvorili z kmeňových buniek bunky, ktoré vyrábajú inzulín. Pri cukrovke môžu raz nahradiť tie, ktoré telo zničilo
Vedci vytvorili z kmeňových buniek zhluky podobné bunkám pankreasu, ktoré reagovali na glukózu a u diabetických myší obnovili kontrolu cukru v krvi.
Diabetes prvého typu vzniká vtedy, keď imunitný systém zničí bunky pankreasu, ktoré vyrábajú inzulín. Telo potom stráca schopnosť samo regulovať hladinu cukru v krvi a človek je odkázaný na jeho celoživotné podávanie. Vedci sa preto už roky snažia nájsť spôsob, ako tieto bunky nahradiť novými.
Lenže pri kmeňových bunkách bol doteraz jeden veľký problém. V laboratóriu sa síce dali nasmerovať k tomu, aby sa podobali na bunky produkujúce inzulín, no výsledok často nebol dostatočne čistý ani zrelý. Medzi správne bunky sa miešali aj také, ktoré tam nemali čo robiť, prípadne nereagovali na glukózu tak presne, ako by mali.
Výskumníci z Karolinska Institutet teraz ukázali postup, ktorý tento problém výrazne obmedzuje. Z ľudských kmeňových buniek dokázali vytvoriť zhluky podobné pankreatickým ostrovčekom, teda malým bunkovým „továrňam“, ktoré v tele prirodzene pomáhajú riadiť hladinu cukru. V laboratóriu výrazne reagovali na glukózu a po transplantácii u diabetických myší obnovili kontrolu cukru v krvi.
Vedci zistili, že pri výrobe inzulínových buniek rozhodujú aj dva dni rozdielu
Najväčšie prekvapenie nebolo v drahej technológii, ale v načasovaní. Pri premene kmeňových buniek na bunky podobné tým v pankrease ich musia vedci postupne viesť cez viacero vývojových fáz. Je to podobné ako pri recepte, kde nestačí mať správne suroviny. Rozhoduje aj to, kedy spravíš ďalší krok.
Pri starších postupoch zostávali bunky vo fáze takzvaných pankreatických progenitorov približne päť dní. Ide o medzistupeň, keď bunka ešte nie je hotovou inzulínovou bunkou, ale už smeruje k pankreasu. Výskumníci však zistili, že ak v tejto fáze zostane príliš dlho, horšie prechádza do ďalšieho vývoja.
Neprehliadni
Keď túto časť skrátili na dva až tri dni, výsledok sa výrazne zlepšil. Bunky sa ľahšie menili na endokrinné progenitory, teda predchodcov buniek, ktoré neskôr dokážu produkovať hormóny vrátane inzulínu. Problém teda nebol len v tom, čo vedci bunkám pridávali, ale aj v tom, ako dlho ich nechali čakať v nesprávnej fáze.
„Vyvinuli sme metódu, ktorá spoľahlivo vytvára kvalitné bunky produkujúce inzulín z viacerých línií ľudských kmeňových buniek. Otvára to cestu k budúcim personalizovaným bunkovým terapiám, ktoré by mohli znížiť riziko imunitného odmietnutia,“ hovorí Per-Olof Berggren z Karolinska Institutet.
Bunkové zhluky sa vytvorili prirodzene. Práve tým vedci odstránili nežiaduce bunky
Druhá dôležitá zmena sa týkala samotného usporiadania buniek. Vedci ich nenútili, aby sa spojili do väčších útvarov umelo. Počkali, kým sa správne nasmerované bunky začnú zhlukovať samy.
Pri starších postupoch sa často pracovalo s bunkami v skoršej fáze vývoja. Tie sa síce dali spojiť do 3D štruktúr, no výsledkom bola zmiešaná populácia. Vedľa buniek smerujúcich k tvorbe inzulínu zostávali aj také, ktoré sa ďalej delili alebo nepatrili medzi endokrinné bunky (ide o bunky, ktoré vyrábajú hormóny a vypúšťajú ich priamo do krvi). A práve to je pri bunkovej terapii problém, pretože do tela nechceš dostať zmes, ktorej správanie nevieš dobre predvídať.
Nový postup využil bunky až v štádiu endokrinných progenitorov. Tie už majú jasnejšie určený smer a dokážu sa meniť na bunky produkujúce hormóny vrátane inzulínu. Keď ich vedci nechali voľne vytvárať 3D zhluky, väčšina nežiaducich buniek sa do nich jednoducho nezapojila.
Analýzy potom ukázali, že výsledné zhluky boli výrazne čistejšie než pri starších postupoch. Obsahovali len približne jedno percento ďalej sa deliacich endokrinných buniek a výskumníci v nich nenašli neendokrinné kontaminanty. Nešlo teda len o to, že bunky vyrábali inzulín. Dôležité bolo aj to, že výsledná populácia buniek bola oveľa menej chaotická.
Po transplantácii začali bunky regulovať cukor v krvi. U diabetických myší zvrátili hyperglykémiu
Najdôležitejší test prišiel až potom. Nestačí, aby bunky v laboratóriu vyzerali ako bunky produkujúce inzulín. Musia reagovať na cukor v správnom momente a v živom organizme sa správať predvídateľne.
Vedci preto transplantovali vytvorené bunkové zhluky diabetickým myšiam do prednej očnej komory. Neznamená to, že by sa cukrovka mala liečiť cez oko. V experimentoch sa toto miesto používa preto, že výskumníci vedia bunky sledovať takmer ako cez malé biologické okno a nemusia pri každej kontrole zasahovať hlboko do tela zvieraťa.
Po transplantácii bunky ďalej dozrievali a myšiam pomohli obnoviť normálnu kontrolu hladiny cukru v krvi. Inými slovami, v tele prebrali úlohu, ktorú pri diabete prvého typu zničí vlastný imunitný systém.
Podobne dopadli aj laboratórne testy. Keď sa v okolí buniek zvýšila hladina glukózy, reagovali uvoľnením inzulínu. Práve táto schopnosť je pri budúcej liečbe rozhodujúca. Pacient nepotrebuje bunky, ktoré vyrábajú inzulín stále rovnako. Potrebuje bunky, ktoré vedia rozpoznať, kedy ho telo naozaj potrebuje.
Metóda fungovala pri všetkých ôsmich líniách kmeňových buniek. To je kľúčové pre budúcu liečbu diabetu
Výskumníci nový protokol otestovali na ôsmich rôznych líniách ľudských pluripotentných kmeňových buniek a pri všetkých dokázali vytvoriť funkčné bunkové zhluky schopné reagovať na glukózu.
To je dôležitý rozdiel oproti starším postupom, ktoré často fungovali dobre len pri niektorých bunkových líniách, zatiaľ čo pri iných dávali slabší alebo menej predvídateľný výsledok. Pre budúcu liečbu diabetu prvého typu je však spoľahlivosť zásadná, najmä ak sa má raz uvažovať o personalizovaných terapiách vytvorených z buniek konkrétneho pacienta.
„Tento postup by mohol vyriešiť viacero problémov, ktoré doteraz brzdili vývoj liečby diabetu založenej na kmeňových bunkách. Na tomto základe chceme pokračovať smerom ku klinickému použitiu s cieľom liečiť diabetes prvého typu,“ vysvetľuje Fredrik Lanner z Karolinska Institutet.
Vedci sledovali aj bezpečnosť. Po šiestich mesiacoch nevideli cysty ani nekontrolovaný rast buniek
Pri kmeňových bunkách nejde len o to, či dokážu vyrábať inzulín. Rovnako dôležitá je otázka, či sa po transplantácii nezačnú správať nepredvídateľne. Ak by sa ďalej nekontrolovane delili, vytvárali cysty alebo sa menili na iné typy buniek, z nádejnej liečby by sa rýchlo stal bezpečnostný problém.
V tomto experimente vedci sledovali transplantované bunky šesť mesiacov. Počas tohto obdobia nevideli rast štepu ani tvorbu cýst. Bunky si zároveň zachovali funkciu a po vložení do tela ďalej dozrievali. Podiel niektorých menej žiaducich buniek sa po transplantácii ešte znížil.
To však neznamená, že liečba je pripravená pre pacientov. Autori sami upozorňujú, že bude potrebné dlhšie sledovanie a ďalšie testy, ktoré ukážu, ako stabilne sa tieto bunky správajú v čase. Pri diabete prvého typu zostáva otvorená aj otázka imunity, pretože telo pacienta pôvodné inzulínové bunky zničilo práve imunitným útokom.
Ak sa tento prístup podarí potvrdiť aj v ďalších testoch, liečba diabetu prvého typu sa môže posunúť od celoživotného nahrádzania inzulínu k niečomu ambicióznejšiemu. K pokusu vrátiť telu bunky, ktoré mu choroba zobrala.
