Opravy hnacích motorů života

19. 5. 2004

Může výzkum kmenových buněk uzdravovat srdce a mozky?

David Ames předloni pádloval v Cabo San Lucas na svém surfovém prkně na otevřený oceán a těšil se, že narazí na pořádně velkou vlnu, když si uvědomil, že je něco hodně v nepořádku. Skalní surfař, cyklista a vzpěrač, v té době čtyřicetiletý, neměl najednou sílu dostat se na vlnu. O několik měsíců se dozvěděl krutou diagnózu: amyotrofní laterální skleróza, známější jako Lou Gehrigova choroba. Onemocnění ničí motorické neurony v mozku a míše a pacienty postupně zbavuje schopnosti pohybu – nakonec nemohou polykat ani dýchat. Léčba neexistuje. Pravděpodobnost, že by nemocní přežili více než pět let, je mizivá.
Od chvíle, kdy se Ames o své nemoci dozvěděl, vyzkoušel všechno od protizánětlivých léků po čínské bylinky. Přesto ví, že jeho největší naděje spočívá v něčem, co teprve čeká na objevení: způsobu, jak obnovit ztracené nervové buňky v jeho mozku. Vědci nepochybují, že je to možné. Snahu o revoluční terapii však maří neúspěchy výzkumu, nedostatečné prostředky a politické bouře kolem kmenových buněk, které by mohly být univerzálním zdrojem nejrůznějších tělních tkání. Nejvšestrannější jsou získávány z lidských embryí, což ale samozřejmě vyvolává kritiku různých náboženských skupin. „Je to zoufalé, když máte chorobu, jejíž hodiny letí tak rychle,“ poznamenává Ames, sanfranciský právník. „K cíli se dostaneme. Otázkou je kdy.“ Amesův příběh vyjadřuje tragickou kolizi skutečnosti s nadějí a příslibem, které charakterizují rodící se oblast nazývanou „regenerativní medicína“. Rostoucí týmy vědců v akademických a biotechnologických laboratořích po celém světě zkoumají nový přístup k léčbě choroby. Jejich cílem není vyvinout léky, které by zpomalily ochabování mozku nebo bojovaly se selháním srdce, vymýšlet další pilulky snižující hladinu cholesterolu, a vykládat lidem, že nemají jíst tolik smažených hranolků. Vědci z oboru doufají, že se jim podaří přeprogramovat lidské tělo tak, aby se uzdravovalo samo.
Regenerace je svatým grálem biotechnologů a vědeckou hádankou nejvyššího stupně. Většina živoucích tvorů v sobě má zakódován uzdravovací program. Když ale přijde na obnovu celých částí těla, jsou lidské bytosti podivně méněcenné. Jistě, když si odřeme koleno, naroste nová kůže. Naše játra jsou rovněž do určité míry schopna regenerace. Dokonce i useknutá špička prstu za správných podmínek doroste. Kam se ale hrabeme na obyčejného mloka, kterému může dorůst noha, ocas, čelist, střevo, páteř – dokonce i části oka. Vědci touží po tom, aby takové možnosti měl i člověk.

Zahraniční pokroky.

Mnozí vědci stejně jako pacienti a jejich příbuzní nepochybují o tom, že kmenové buňky jsou jednou z cest k regeneraci. Proto jich tolik vystupuje s protesty proti tvrdým dotačním omezením, kterými Bushova administrativa potlačuje výzkum kmenových buněk získaných z embryí. „Prostě nechápu, jak se k tomu můžeme obracet zády,“ prohlásila 8. května na benefičním galavečeru pro výzkum kmenových buněk manželka bývalého amerického prezidenta Nancy Reaganová, „Už tak jsme ztratili spoustu času a nesnesu pomyšlení, že budeme ztrácet další.“ Terapie vyplývající z takového výzkumu by mohly jednoho dne pomoci obětem Alzheimerovy choroby – i když není pravděpodobné, že by se některá objevila tak rychle, aby pomohla Reaganovi, jemuž tuto diagnózu oznámili před deseti lety. Pozoruhodná je ale mohutná podpora, kterou výzkumu svorně vyjadřují obě hlavní politické strany. Výroky Nancy Reaganové zazněly jen několik dnů poté, co 206 členů sněmovny reprezentantů podepsalo dopis Georgi W. Bushovi s požadavkem, aby zmírnil zákaz federálního financování projektů, v nichž jsou tyto buňky používány – pokud nejde o velmi omezené množství buněk izolovaných ještě před vydáním zákazu.
Akademičtí aktivisté mají další důvod prosazovat zrušení zákazu: výzkum kmenových buněk z embryí postupuje v Evropě a Asii velmi rychle, což znamená ochromení amerických laboratoří, které se mohou ocitnout pozadu ve velmi důležitém odvětví vznikajícího vědního oboru. „Federální vláda opouští velkou příležitost. Spojené státy mohou ztratit svůj náskok před konkurencí,“ varuje David T. Scadden, profesor medicíny na Harvardově univerzitě a jeden z ředitelů tamního nového institutu výzkumu kmenových buněk.
Velká část křížové výpravy za regeneraci je zaměřena na dva hnací motory života: mozek a srdce. Nikde není potřeba nové léčby naléhavější. Srdeční choroby zabijí ročně více než sedm set tisíc Američanů a jsou hlavní příčinou úmrtí v zemi. Dalších dvě stě tisíc zemře na mrtvici, Alzheimerovu, Parkinsonovu a další choroby mozku. Náklady na tyto metly jsou nebetyčné: čtyři sta miliard dolarů ročně, z nichž nejméně patnáct miliard stojí léky, které mají sotva větší účinek než zmírnění symptomů. To je všechno, co dnešní léky dokážou. Koneckonců, když je část srdečního svalu během infarktu zbavena přívodu kyslíku, odumírá. Nic ji následně nedokáže oživit.
Bitva nad kmenovými buňkami získanými z embryí zuří dál. Biotechnologové ale představují slibné regenerativní terapie z mnohem méně sporného materiálu. Některé společnosti studují dospělé buňky, které lze získat ze svalů či kostní dřeně a pak je naočkovat pacientům, aby stimulovaly zlepšení stavu. Další zkoumají proteiny, které by mohly podpořit přirozenou schopnost těla k samoregeneraci. První takové léky by se mohly dostat na trh během pěti let.
Velké farmaceutické společnosti si pomalu uvědomují, že regenerace už není jen sen. Johnson & Johnson, Wyeth a Eli Lilly patří ke společnostem, které do oboru nejvíce investují (viz tabulka). „Jsme přesvědčeni, že zde existuje velký potenciál pro koncepčně originální, nové léky,” prohlašuje Rosamund C. Smithová, vědecká pracovnice společnosti Eli Lilly & Co. A to nemluvíme o velké příležitosti k regeneraci tržeb a zisků: trh s léčivy zaměřenými na choroby srdce a mozku by se mohl podle odhadů konzultační společnosti Decision Resources více než zdvojnásobit a dosáhnout v příští dekádě až 35,8 miliardy dolarů.

Kam se poděli rizikoví kapitalisté?

I přes svůdné vyhlídky bude boj o vypěstování náhradního srdce a mozku ještě dlouhý a bolestný. Téměř každý krok kupředu zatím provázela armáda překážek, od protichůdných výsledků testování po nebezpečné vedlejší účinky, které se při prvních zkouškách projevily u pacientů. Tento vývoj nutí k zamyšlení a spolu s protesty proti vývoji embryonálních kmenových buněk odstrašil některé investory. “Víme, že půjde o velkou věc,” tvrdí Alan G. Walton, hlavní partner westportské kanceláře kapitálové společnosti Oxford Bioscience Partners v Connecticutu. “Čekáme ale, až někdo dosáhne významného průlomu, než do toho dáme peníze.”
Je průlom na dohled? Příroda dává důvod k optimismu. V malé laboratoři v bostonské Dětské nemocnici naznačují tři tisíce světélkujících akvarijních rybek zebřiček budoucnost srdečního lékařství. Před dvěma roky vědci z Harvardu, kteří v této laboratoři pracují, provedli ohromující objev: na rozdíl od savců tyto rybky (Brachydanio rerio) dokážou regenerovat srdeční sval. Poté, co vědci odřízli dvacet procent srdeční tkáně u každé zkoumané rybky, s úžasem zjistili, že srdeční buňky kolem řezu se začaly rychle dělit a vytvářet náhradní sval. Ryby měly brzy nová srdce, která fungují stejně dobře jako ta, s nimiž se narodily. Dalším krokem bude identifikovat všechny geny a proteiny, které automatický proces spouští.
Zatímco se vědci snaží zjistit, jak by fenomén mohl prospět lidem, další biotechnologové hledají jiné způsoby, jak vyléčit poškozené srdce. Jen dvě míle od Harvardovy laboratoře s akvarijními rybkami sídlí společnost Genzyme – čtvrtá největší biotechnologická firma na světě s ročním obratem ve výši 1,7 miliardy dolarů, která je jedním z průkopníků regenerativní medicíny. Experimenty, jež společnost provádí, spočívají v odstranění kusů stehenní tkáně – každý zhruba o velikosti malé kuličky – u pacientů, kteří utrpěli infarkt. Zárodečné svalové buňky zvané myoblasty se potom oddělí, nechají se dorůst a jsou injekčně vpraveny přímo do postižených oblastí srdce těchto pacientů. Nejsou to kmenové buňky, takže se nemohou vyvinout v miliardy různých typů tkání. Avšak vědci ze společnosti Genzyme věří, že tyto buňky zabrání oslabování srdeční stěny – což představuje ničivý důsledek infarktu, který nevyhnutelně vede k srdečnímu selhání. Při počátečních testech ve Francii se u deseti pacientů projevilo v průměru 35procentní zlepšení srdeční funkce.
Myoblasty však ještě nejsou zcela připraveny ke vstupu na kardiologické oddělení. U některých pacientů, kteří se zúčastnili experimentu společnosti Genzyme, se projevily nepravidelnosti srdečního rytmu a je možné, že na vině jsou právě tyto buňky. Navíc všem pacientů byly buňky vpraveny během operace bypassu, takže nikdo neví, za jak velké zlepšení vděčí operaci a jak velký podíl mají nové buňky. “Zatím se tím ještě nemůžeme chlubit,” uvádí Earl M. „Duke“ Collier Jr., výkonný viceprezident společnosti Genzyme a šéf jejího kardiovaskulárního výzkumu. “Zda to prodlužuje život? To bychom také rádi věděli,” dodává. Zatím Genzyme zahájila rozsáhlé zkoušky, aby našla odpověď.
Jasné je, že myoblasty představují jen první krok směrem k největšímu snu biotechnologů: skutečné regeneraci jako u akvarijních rybek. Buňky stehenní tkáně nevytvoří srdeční sval, a proto nebudou nikdy víc než jen náhražkou. Vědci společnosti Genzyme experimentují s kmenovými buňkami, které zatím nezískaly svou vlastní identitu. Mnoho z nich doufá, že je dokážou přesvědčit, aby se vyvinuly v srdeční sval – nebo něco s podobným potenciálem. A rostoucí počet důkazů naznačuje, že dospělé kmenové buňky, které naše těla vytvářejí po celý život, by mohly poskytnout spoustu materiálu pro obnovu poškozených částí.
Kostní dřeň, jádro imunitního systému těla, by se mohla stát zřídlem regenerace. Ve studii, kterou provedl McGowanův institut regenerativní medicíny při Pittsburské univerzitě, byly pacientům s takzvaným městnavým srdečním selháním odebrány dva druhy nespecializovaných dospělých buněk z kostní dřeně a vpraveny do srdce během operace bypassu. Dne 25. dubna univerzita oznámila, že po šesti měsících srdce pacientů, jimž byly tyto buňky injikovány, pracovala o 24 procent lépe než srdce pacientů, kterým byla provedena pouze operace. Vzorky tkáně naznačují, že buňky se v pacientově srdci uchytily a poté začaly produkovat protein, který signalizuje vytváření nové svalové tkáně. “Někteří z těchto lidí předtím nemohli pracovat, ale teď se do práce vracejí,” říká Dr. Amit Patel, vedoucí studie. “Vypadá to slibně.”
Podobný optimismus týkající se kmenových buněk však vždy ruku v ruce provázejí obavy. Vědci musí teprve zjistit, jestli produkují skutečné mozkové nebo srdeční tkáně. Navíc je stále nejisté, zda buňky v těle vydrží dostatečně dlouho, aby zajistily skutečně kompletní nápravu. Mnoho zastánců kmenových buněk je stále přesvědčeno, že pouze embryonální kmenové buňky mohou být skutečným zdrojem regenerace. Jsou přece semínkem, z něhož vyroste celé lidské tělo. Bylo by možné je získávat z laboratorně vyvinutých zárodků a mohly by se díky potřebným signálům vyvinout v srdeční sval, neurony nebo jakoukoli jinou tkáň, kterou pacienti potřebují.
Prozatím jejich naděje zmařil politický rozruch. Zákaz financování výzkumu, který prezident Bush zavedl v roce 2001, měl uklidnit ty, které děsí představa ničení embryí, a další, jimž se nelíbí postupy, jakými jsou embrya klonována na požadované kmenové buňky. Američtí vědci nemohou využít granty Státních zdravotních institutů (NIH) – základního zdroje financí – na vývoj nových kmenů těchto buněk, nebo dokonce na výzkum těch, které byly objeveny v jiných zemích. To rozzuřilo zastánce výzkumu kmenových buněk, například herce Michaela J. Foxe, který trpí Parkinsonovou nemocí. “Tento výzkum by se neměl pojímat jako politický fotbal. Představuje potenciální průlom, který by mohl mít obrovský dopad na lidské životy,” prohlásil.

Vyplnit mezeru.

Někteří vědci zabývající se výzkumem kmenových buněk proti zákonu bojují. V březnu oznámil profesor Harvardovy univerzity Douglas A. Melton, že díky soukromě věnovaným penězům vytvořil sedmnáct nových linií zárodečných kmenových buněk. Harvard potom ohlásil plány na získání sto milionů dolarů ze soukromých fondů na vytvoření institutu pro výzkum kmenových buněk. “Nejsme politická organizace,” říká Melton. “Nemusíme se starat o volební výsledky. Nás zajímá pouze to, co je správné z vědeckého hlediska.”
Jednotlivé státy se také budou snažit vyplnit mezeru ve financování. Kalifornští aktivisté shromáždili více než milion podpisů na podporu hlasování o rozdělení více než tří miliard dolarů do výzkumu kmenových buněk v průběhu příštích deseti let. Pokud se hlasování v listopadu uskuteční, lobbisté tvrdí, že se Kalifornie dostane na stejnou finanční úroveň se zeměmi, jež výzkumu dávají hlavní prioritu, jako jsou Velká Británie a Jižní Korea.
Dobrovolníci, jako je John Ames, se snaží tuto iniciativu udržet v povědomí veřejnosti. Otec Davida Amese trpícího Lou Gehrigovým syndromem strávil mnoho dní sbíráním podpisů na ulicích. Jeho snahu provází hněv na nedostatečné výsledky výzkumu, který by podle něj mohl vyléčit jeho syna. “Zhrozil jsem se, když jsem si uvědomil, že o vědě rozhodují náboženské postoje,” prohlašuje sedmdesátiletý John Ames. “Teď je ze mě aktivista. Nedám pokoj.”
V laboratořích sanfranciské biotechnologické společnosti Geron se aktivismus projevuje přísně vědecky. Společnost pracuje na změně zárodečných kmenových buněk na mikroskopické továrny na regeneraci. V listopadu oznámila, že jeden z jejích experimentálních produktů pomohl částečně paralyzovaným krysám s poraněním míchy, aby z větší části opět mohly chodit po čtyřech. Nápad se týkal způsobu, jak donutit zárodečnou buňku, aby se vyvinula v dospělou buňku produkující myelin – ochrannou vrstvu, která pokrývá nervová vlákna a umožňuje jim přenášet elektrické signály z mozku. Právě zničení vrstvy myelinu je příčinou několika neurologických poruch.
Zatímco se většina pozornosti zaměřuje na kmenové buňky, mnoho vědců je překvapeno regeneračními schopnostmi prostých proteinů, které tyto buňky vytvářejí. Klíčem k regeneraci by se mohl stát právě obyčejný protein, nebo možná směs proteinů, chemikálií a buněk. Biotechnologický obr Amgen testuje molekulu zvanou GDNF. Ta stimuluje růst neuronů vytvářejících dopamin, látku přenášející nervové impulsy, jež chybí pacientům trpícím Parkinsonovou chorobou. V březnu na setkání analytiků z Wall Street Amgen předvedl videozáznamy pacientů, kteří se pokusili zvednout z křesla a přejít místnost. Poté, co byla do jejich mozků injekčně vpravena molekula GDNF, se jejich schopnost zvládnout tento jednoduchý úkol prudce zlepšila.
Léky založené na proteinech však stále mají své nešvary, kvůli nimž je někteří pacienti nesnesou. Vzhledem k tomu, že jde o velké molekuly, nedokážou jednoduše proniknout do mozku nebo se v něm šířit. To znamená, že musejí být vstřikovány pomocí chirurgicky implantovaných zařízení přímo do poškozených oblastí. Navíc tyto léky nezůstanou v mozku dlouho, a proto musejí být vstřikovány opakovaně, aby se dosáhlo žádaného výsledku. “GDNF představuje dětský krůček,” soudí Roger M. Perlmutter, výkonný viceprezident výzkumu a vývoje společnosti Amgen. “Musíme najít lepší způsob.”
Začínající biotechnologická firma Titan Pharmaceuticals sází na buňky, které lze běžně najít v zadní části lidského oka. Poté, co je získá z banky tkání, vyčistí je, vypěstuje v laboratoři a poté umístí na želatinové kuličky. Když jsou tyto kuličky vpraveny do mozku, buňky zůstanou na místě a bez přestávky produkují dopamin. V prvních výzkumech se ukázalo, že u pacientů trpících Parkinsonovou nemocí došlo po této proceduře k 48procentnímu zlepšení motorických funkcí.
Mnoho biotechnologů hledá spornější metody vpravení buněk do těla: genovou terapii. Nápad spočívá v zavedení terapeutických genů přímo do buněk pacienta pomocí virů nebo jiných nosičů. Výzkum se téměř zastavil v roce 1999, kdy osmnáctiletý Jesse Gelsinger zemřel během genové terapie, která měla vyléčit zvláštní poruchu metabolismu. Přesto se mnoho zastánců regenerace pouští dál s přesvědčením, že geny mohou být nejefektivnějšími nosiči regeneračních látek do mozku a srdce. Genzyme experimentuje s genem nazývaným HIF – který by měl uspíšit srdeční nápravu stimulací silných cévek, aby vrostly do poškozeného srdce.
Gelsingerova tragédie však ukazuje, jak nebezpečné je zahrávat si s přirozenými pochody v těle. Dokonce i poté, co budou vyřešeny bezpečnostní problémy, bude biotechnologické odvětví čelit další závažné otázce: Jak bude možné provádět podobné “buněčné terapie” ve velkém? Práce s buňkami je extrémně obtížná. Musejí být chirurgicky vyjmuty z pacienta a poté opatrně upraveny, než mohou být implantovány zpět do těla. Dr. Nicholas Chronos, vedoucí lékař a šéf výzkumu Amerického institutu kardiovaskulárního výzkumu v Atlantě odhaduje, že velké kardiocentrum může provést až 25 tisíc procedur ročně. Naproti tomu oddělení kostní dřeně, z něhož by se mohlo stát centrum kmenových buněk, obvykle zvládne pouze 150 pacientů ročně. “Jde o řádový rozdíl,” tvrdí Chronos.
Jednoho dne se možná řešení najde přímo v samotných buňkách. Malé firmy Osiris Therapeutics a Neuronyx experimentují se subpopulacemi dospělých kmenových buněk, které by bylo možné získat od dárců a podat kterémukoli pacientovi, aniž by došlo ke spuštění imunitní reakce. Alespoň v to doufají. “Každá nemocniční lékárna by pak mohla mít zmrazené sáčky s buňkami pro každého pacienta se srdečními potížemi,” představuje si Mark F. Pittenger, viceprezident výzkumu společnosti Osiris.
A co kdyby se regenerace dalo dosáhnout pomocí pilulek? Tento sen pohání vědce ve společnosti Curis v massachusettském Cambridge, kteří studují “signalizační dráhy”, důležité prvky regulace na molekulární úrovni, produkující příval proteinů důležitých pro regeneraci. Jedna z drah se nazývá Ježek kvůli rozježenému vzhledu zárodků octomilek, které se používaly v počáteční fázi výzkumu. Curis se snaží vyvinout léky, jež by Ježka mohly spustit například po infarktu nebo mrtvici. U zvířat tyto molekuly mobilizují kmenové buňky k růstu v poškozené tkáni. “Chceme využít přirozenou regenerační schopnost těla a pouze jí trochu pomoci,” vysvětluje vedoucí výzkumu Lee L. Rubin.
Tyto inovace však nikdy nebudou bez rizika. A je možné, že pro ty, kdo trpí degenerativními chorobami, nebudou dost rychlé. Politika ani problémy s financováním však zřejmě nezastaví stále rostoucí proud znalostí o regenerativní medicíně.

Velké farmaceutické firmy vrhají do výzkumu regenerace

Johnson & Johnson - Spolupracuje s Neuronyxem na vývoji léčby srdečních chorob pomocí dospělých kmenových buněk a s firmou GenVec na experimentálním vstřikování regeneračního proteinu krysám.

Eli Lilly - Financuje výzkum na Indianské a Purdueově univerzitě, kdy je srdeční a mozková tkáň opravována pomocí dospělých kmenových buněk, a spolupracuje s ministerstvem obrany USA na exotických metodách regenerace končetin.

Abbot Laboratories - Vyvíjí léky, které mohou přimět poškozené mozkové buňky k vlastní opravě; zvláště pozorně se zabývají proteinem zvaným Nogo, který ničí nervovou tkáň.

Schering - Vytvořil společný podnik s Titan Pharmaceuticals, který testuje transplantované dospělé buňky a jejich dodávky dopaminu do mozků stižených Parkinsonovou nemocí.

Wyeth - Zaplatí celých 170 milionů dolarů na licenčních poplatcích Curisu; ten vyvíjí léky, které mají stimulovat určité proteiny spouštějící opravu poškozených mozkových buněk.

Pramen: Alzheimer Association, American Heart Association, American Society of Health System Pharmacists, Centers for Disease Control, Decision Resources a zprávy různých společností.