Myši coby testovací model představují v lékařském výzkumu neocenitelného pomocníka. Ne pro všechny typy experimentů jsou ale ideální a současně, aktuální trendy podněcují snahy nacházet alternativní metody testování, které by využití zvířat omezily. Jednou takovou se zabývá MUDr. Volodymyr Porokh z Ústavu histologie a embryologie LF MU. V rámci Proof of Concept projektu MUNI-BLAST, financovaného z programu TA ČR GAMA 2, vyvíjí v týmu hlavní řešitelky PharmDr. Zuzany Holubcové, Ph.D. experimentální model z lidských kmenových buněk pro účely farmakologického a toxikologického testování. A byť připouští, že bez myší se výzkum ještě dlouhou dobu neobejde, jeho práce by v budoucnu mohla krom zefektivnění testování embryotoxicity také pomoci zodpovědět četné otázky z oblasti prenatálního vývoje.
Co si máme představit pod pojmem embryotoxicita?
Jde o reakci zárodku na podněty z vnějšího prostředí. Ať už se jedná o vliv světla, tepla nebo nějaké chemikálie, je-li vliv na embryo negativní a poškozující, hovoříme o embryotoxicitě.
Smyslem projektu MUNI-BLAST je vytvoření funkčního modelu, který by usnadnil farmaceutické testování nových léků a jejich vlivu právě na embrya, k čemuž se dnes využívají myší zárodky. Můžete přiblížit, co bylo impulsem pro váš projekt?
V rámci svého vývoje musí každý lék projít ověřením o bezpečnosti užití. Toto testování mimo jiné probíhá na lidech – dobrovolnících, poučených o možných účincích. Ale když si přečtete příbalový leták nějakého léku, můžete tam najít informaci, že se jeho užívání nedoporučuje u těhotných žen. To je dáno tím, že testovací studii na těhotných není možné udělat, jelikož ji etická komise nepovolí ani kdyby samy chtěly. Proto se k testování účinků léku na těhotnou ženu a vyvíjecí se zárodek využívají myši. Ovšem důsledkem je, že u takto testovaných léků známe účinek na zvíře ale ne na člověka. Proto se u většiny léků doporučuje jejich užívaní těhotnou ženou omezit. Léčiv, o nichž se z praxe ví, že jsou pro těhotné naprosto bezpečné, je jen velmi málo. Přitom mnohé ženy užívají léky, které nemohou vysadit, například léky na epilepsii, takže je užívají i s rizikem, že mohou být embryotoxické. Hlavním impulzem našeho projektu tak je snaha poskytnout nový testovací systém, který by umožnil ověření účinku existujících a nových léčiv na lidské embryonální buňky.
Jaké jsou výhody a nevýhody testování embryotoxicity na hlodavcích?
Myší nebo potkaní modely představují hlavně pohodlné a levné řešení. Pokud jde ale o reprodukci, hlodavci se od lidí naprosto liší, mají odlišnou fyziologii. Myši žijí jen krátce a aby zachovaly svůj druh, musí zplodit spoustu potomků, v důsledku čehož jsou jejich embrya velice odolná a v rozmnožování jsou velmi efektivní. U lidí je naopak reprodukční fyziologie evolučně nevýhodná, jakkoliv máme na reprodukci dostatek času. V lidském vajíčku se také uplatňuje jiný mechanismus rozdělení genetické informace v podobě chromozomů. Lidská vajíčka a raná embrya tak jsou o něco citlivější než jejich myší protichůdci. Proto, i když můžeme testy embryotoxicity na hlodavcích provádět ve velkém množství, není takové testování ideální.
Ve své práci vycházíte z relativně čerstvých poznatků o syntetické embryologii. Můžete rozvést, o co jde?
Aktuálním trendem v oblasti reprodukční a vývojové biologie je snaha zopakovat základní biologické procesy podmiňující vývoj jedince in vitro (ve zkumavce). Před pár lety se zjistilo, že myší kmenové buňky z vyvíjejícího se embrya jsou ve vhodných podmínkách schopny vytvořit 3D struktury připomínající rané embryo, ze kterého tyto buňky byly izolovány. V podstatě myší embryo rozděláte na součástky, z nichž jednou jsou kmenové buňky, a znovu je poskládáte do něčeho, co vzhledově a molekulárně připomíná skutečné embryo vzniklé přirozenou cestou. Tento objev dal vzniknout syntetické embryologii, přičemž poslední rok se ukázalo, že k vytvoření artificiálního in vitro modelu můžeme využít i lidské kmenové buňky. Těchto modelů připomínajících různá stadia embryogeneze existuje řada. My pracujeme s takzvanými blastoidy zobrazujícími fázi vývoje zhruba první týden po otěhotnění, kdy žena většinou ještě ani netuší, že by mohla být těhotná. Jedná se o citlivé období, o kterém toho obecně moc nevíme a nevíme tedy ani, co všechno ho může ovlivnit.
Předním pracovištěm pro experimenty na myších je České centrum pro fenogenomiku, kde dokážou geneticky modifikovat a připravit myši pro konkrétní typy experimentů. Budou podobně přizpůsobitelné i vaše blastoidy?
Ano, to je jedna z jejich výhod. V některých státech, jako je například Belgie, Anglie nebo Finsko, ve skutečnosti lze pro výzkum používat lidská embrya, takže teoreticky by se embryotoxicita dala zkoumat přímo na lidských embryích. Jde o embrya, která jsou nevyužitá při asistovaných reprodukcích, a jejichž dárci odsouhlasí, že je možné je použít na výzkum místo toho, aby byla po nějaké době zlikvidována. Takových embryí však není mnoho, takže je nelze používat k obsáhlému testování, a zároveň je každé kombinací různých vajíček s různými spermiemi, takže úplně jiné. Ono platí obecně, že embrya vzniklá přirozenou cestou (ať už myší nebo lidská) se vyznačují velkou genetickou variabilitou. Rozdíly ve vývoji jednotlivých embryí tak znesnadňuji interpretaci výsledků testování. Kdežto když vezmeme blastoidy, všechny pochází ze stejné linie kmenových buněk, z níž jsme schopni vyrobit statisíce naprosto stejných blastoidů a můžeme tak porovnávat vlivy vnějších podnětů – a léků – ve velkém. Jde tedy o identické modely, které, ano, můžeme upravovat podle konkrétních potřeb.
Jestliže jsme se už podruhé dotkli etického aspektu projektu, kde jste pro něj vzali vstupní materiál v podobě lidských kmenových buněk?
Je derivovaný z lidských embryí, což česká legislativa umožňuje. Jsme součástí Ústavu histologie a embryologie, kde pan přednosta Aleš Hampl ve spolupráci s tehdejším přednostou Biologického ústavu Petrem Dvořákem byli první v Česku a třetí na světě, kdo úspěšně derivoval tyto buňky z lidských embryí. Od roku 2003 tak existuje banka buněčných linií čili soubor registrovaných a dobře charakterizovaných buněčných linií, které můžeme pro nás výzkum používat. Přičemž čím více linií k testování použijeme, tím jsou výsledky statisticky významnější.
Ve Švýcarsku nedávno proběhlo referendum, v němž lidé odsouhlasili pokračování experimentů na zvířatech. Jak se na problematiku díváte? Protože jestliže svůj model vyvinete úspěšně, provádět experimenty na myších už nebude třeba, ne?
Ne tak docela, myši budou potřeba asi ještě dlouho. Přece jen, v rámci testování bezpečnosti léčiv jsou využívány pro testování účinků na jiné orgánové soustavy, čili globálně představují dobrý model. Například pro testování vlivu toxicity na játra nebo na mozek. Lepší alternativa v současnosti není a nejspíš ještě nějakou dobu nebude. Sice existují in vitro modely pro každou orgánovou soustavu, ty však nikdy nenahradí tkáň, která se vyvíjela přirozeně. Třeba trávení je u hlodavců podobné jako u lidí, ale zrovna reprodukce, kterou se zabývám, v té jsou zvířata naprosto odlišná od lidí už třeba jen tím, že nemají menstruační cyklus. Proto by bylo tolik užitečné mít pro tyto účely k dispozici jiný model než zvířecí. Pozor, tím nechci říct, že jakýkoliv vědecký poznatek z oblasti reprodukce zjištěný na myších je k ničemu, ale většinu toho, co na nich zjistíme, musíme ověřit ještě na jiném modelu, který je bližší lidskému.
Dá se předpokládat, že krom vyšší přesnosti vašeho modelu bude jeho přínos i ekonomický, tedy že povede ke snížení nákladů na testování?
Vyšší přesnost je dána tím, že můžeme vyrobit velké množství identických blastoidů, takže z pohledu statistiky jsou pak výsledky hodnotnější. Co se týče nákladů, tady už je jejich porovnání diskutabilnější. Jedná se o dva různé způsoby testování bezpečnosti léčiv s odlišným vstupním materiálem, a tak i s odlišnou náročností na provedení. Ale když porovnám množství blastoidů, které budu schopen vyrobit za jeden týden s množstvím embryí, které jsem schopen dostat za stejnou dobu z myší, tak ano, v tomto ohledu se naše metoda jeví jako efektivnější.
Váš výzkum může v budoucnu najít uplatnění například ve farmakologii nebo v asistované reprodukci. V jaké fázi byste ho ideálně viděl dejme tomu za deset let? Asi by byl příjemný pocit vědět, až jednou otevřete příbalový leták a v něm bude uvedeno, že daný lék není vhodné pro těhotné ženy, že to bylo ověřeno na základě vaší metody…
To je moc pěkná představa, kdyby se za deset let testování a klasifikace embryotoxicity změnily. Dnes se uvádí, že se buď neví, jaký má lék vliv, nebo se ví, že je špatný. Ale pak je taky řada léčiv, u nichž je uvedeno, že se ví či předpokládá jejich negativní vliv na zvířata. Což ovšem nutně neznamená, že špatně působí i na člověka, takže je de facto používáme na vlastní nebezpečí. Respektive, lékař v takových případech musí individuálně zhodnotit míru možného rizika. Líbilo by se mi, kdyby se náš postup stal opakovatelným a univerzálním. Je to ale běh na dlouhou trať, kdy kromě biologických výzev budeme čelit i spoustě administrativních a legislativních překážek.
Více o projektu Masarykovy univerzity, který byl podpořen z programu TA ČR GAMA 2
Celouniverzitní projekt v rámci programu TA ČR GAMA 2 s názvem „Posílení systému komercializace výsledků VaV na Masarykově univerzitě“ administruje Centrum pro transfer technologií MU. Cílem Proof of Concept projektů je zhodnotit a ověřit aplikační potenciál dosažených výsledků výzkumu a vývoje na MU pomocí tzv. dílčích projektů, které jsou vybírány k podpoře na základě interní evaluace a realizovány na jednotlivých pracovištích MU. O udělení projektů rozhoduje Rada pro TT a komercializaci, která je poradním orgánem rektora a jejímiž členy jsou také experti z aplikační sféry.
Více viz www.ctt.muni.cz/o-nas/rada-tt
V příštím roce bude Grantovou agenturou České republiky (GA ČR) podpořeno celkem 7 projektů žadatelů z LF MU. Vůbec poprvé fakulta uspěla ve schématu Postdoc Individual Fellowship Incoming, které má za cíl přivést do ČR vynikající zahraniční vědce, případně české vědce s dlouhodobou zahraniční zkušeností a umožnit jim realizovat vlastní vědecký program.
Vedoucí výzkumné skupiny na Biologickém ústavu LF MU v rozhovoru pro DVTV o tom, že hledání univerzálního léku na rakovinu je mýtus i o srovnání podmínek pro vědu u nás a v zahraničí. Jeho tým je zároveň součástí Národního ústavu pro výzkum rakoviny, jehož vznik umožnila podpora z Národního plánu obnovy.
