BIOCEV in Media: Rakovina a zuby se chovají stejně (MF Dnes – Téma)

Jak jste se ocitl na University of California v San Francisku v týmu Ophira Kleina, což je jedna z největších světových kapacit na zubní tkáně?

Už při mém doktorském studiu jsem pracoval v Ústavu experimentální medicíny Akademie věd pod vedením doktorky Peterkové, která je zakladatelkou české zubní školy. Tam jsem poprvé začal pracovat na zubech. A protože už při doktorském studiu jsem udělal jednu publikaci s Ophirem Kleinem, tak jsme se znali a on mi nabídl práci u něj v laboratoři.

Co jste tři roky ve Spojených státech zkoumal?

Snažili jsme se vyvinout metody, jak z embrya získat kus tkáně a nechal ji vyvíjet v podmínkách, kdy vše může sledovat mikroskop. Experiment trval vždy 72 hodin, mikroskop s kamerou každých pět minut vyfotil buňky v tkáni a my sledovali, jak se změní jejich pohyb a orientace. A pak to vystřídala obrovská práce při analýze dat a zpracování výsledků z mikroskopů. Snažili jsme se pochopit základní principy, jakým způsobem dochází ke vzniku orgánu, třeba zubu. A přes zub vidět celý organismus a testovat hypotézy, které ověříme na zubu i na jiných orgánech.

Proč jste se po třech letech z USA vrátil do Česka?

San Francisco bylo úžasné město na život, ale s manželkou jsme plánovali rodinu a chtěli jsme děti vychovávat v kulturním prostředí České republiky, a ne podle vzorů, které jsou běžné ve Spojených státech. Mohl jsem tam zůstat, a pokud by nevzniklo Českém centrum pro fenogenomiku a nedostal nabídku od docenta Radislava Sedláčka, tak bych se sem nevrátil, protože bych neměl šanci tady získat uplatnění. A musím říci, že aspoň z hlediska organizace je to zde chvílemi i na vyšší úrovni než na univerzitě v San Francisku.

Svůj výzkum jste dokončil už v Česku a píše se, že je přelomový. O co jde?

Výzkum ukázal, že buňky předurčené k tvorbě stoliček se od počátku nevyvíjejí na místě budoucího zubu, jak se doposud vědecká komunita domnívala, ale do své cílové pozice doputují až během vývoje. Buňky se nejdříve seskupí do růžicové struktury v zadní části ústní dutiny v oblasti čelistního kloubu, tato růžice se posléze rozvolní a buňky putují směrem k místu, kde z nich později vyroste zub.

Jak jste na to přišel?

Ono to bylo zpočátku trochu opačně. Měli jsme jinou hypotézu a chtěli prokázat, že zuby opravdu vznikají v předem daném místě. Chtěli jsme sledovat chování buněk a udělat jejich časosběrné snímání. A začalo nám být velmi úzko, když jsme viděli, že jsou tam nějaké buňky, které jsou úplně jinde, než měly být a pohybují se.

To muselo být asi velké překvapení, ne?

Prvních několik experimentů provázelo nadšení, protože člověk viděl něco, co úplně nečekal. Dokonce jsme se o tom báli hovořit nahlas, protože jsme nečekali, že by vývojové procesy byly tak strašně prostorově od sebe oddělené. A současně s tím jsme si začali uvědomovat, že pokud toto všechno je nový mechanismus, tak je před námi strašně moc práce ho popsat a ukázat jeho funkčnost. A vytvořili jsme hypotézu, že regulace migrace buněk může být obecným principem k uspořádání i určení velikosti jednotlivých zubů.

Mnohé objevy vznikají tak trochu omylem…

My měli hlavně strašlivé štěstí, že první vzorek embrya myši, na kterém jsme to viděli, byl o den mladší, než jsme očekávali. A pilotní experiment jsme spustili jenom proto, že jsme chtěli otestovat mikroskop. A byli jsme smíření s tím, že z toho žádná data nebudou a budeme rádi, když to bude technicky fungovat. Najednou jsme tam ale zkraje zorného pole viděli pohyb buněk. Místo toho, abychom pozorovali, jak zub vzniká na daném místě, které je mu předurčeno v čelisti.

Takže podstata vašeho objevu je ta, že v dutině ústní je určitý shluk buněk, které se pak rozprchnou na místa budoucích zubů?

Přesně tak. Epitelové buňky, o nichž se obecně soudilo, že jsou pevně ukotvené a tudíž mepohyblivé, se nejdříve seskupí do růžicové struktury v zadní části ústní dutiny v oblasti čelistního kloubu, tato růžice se posléze rozvolní a buňky putují směrem k místu, kde z nich později vyroste zub. O molekulárním vývojovém programu zubů jsme věděli, že je u různých typů zubů víceméně stejný, zatímco jejich tvary a uspořádání se opravdu dramaticky liší, jakoby měl každý zub svůj odlišný program. Toto nyní dává smysl, když jsou buňky nejdříve společně a pak putují do svých míst. A pak je předmětem evoluční selekce – kam dolezou a kdy. Důležité ale je, že v tu chvíli získáváme jeden společný mechanismus pro všechny zuby. Jde o to zjistit, jak je ovlivněna a naváděna migrace buněk epitelu (krycí tkáň tvořená buňkami, epitel kryje povrchy organismu, přičemž většina žláz v těle – včetně jater, slinivky či štítné žlázy – je tvořena epitelovou tkání, pozn. red.).

Váš výzkum jste prováděli na myších?

Ano a přišli jsme i na zajímavé věci. Když například zmutujete další část genu z migrujících buněk, tak myšky mají najednou o zub více. Tak jsme ukázali, že vznik dalšího zubu je závislý na tom, kolik do té části přimigruje buněk.

Když naopak buňky odstraníte, tak se narodí myši bez jednoho zubu?

Když jsme migrující buňky odstranili z myšího embrya, tak jsme tím zablokovali vznik zubních zárodků. Původně jsme to tak nechtěli, ale vzali jsme buněk moc, takže se skutečně žádné zuby nezaložily.

Jste schopni měnit i pořadí zubů?

Bylo několik prací, které ukázaly, že změnou několika málo genů se dokáže změnit identita řezáků. Jejich tvar potom u myší připomínal stoličku. Ale pořád nevíme, proč se tvar jednotlivých zubů mění. Proč stolička vypadá zrovna takhle a třeba řezák jinak.

Není to už moc velký zásah do přírody určovat, kolik bude mít myš zubů?

Nevím. Ale my jsme jen pracovali na dvou často studovaných genech, které když jsou vypnuty, tak jsou buňky mnohem citlivější k signálům k migraci. Pokud mají někam jít, tak ten pokyn cítí mnohem silněji než buňky bez této mutace. A výsledkem je vznik nadpočetného zubu, což nám poskytuje velmi užitečné informace pro další biomedicínský výzkum.

Předpokládáte,že u lidského embrya by vše fungovalo stejně jako u myšky?

Samozřejmě to nemohu říci na sto procent, ale na základě toho, co víme ze statistických lidských dat, tak ano. Když se začne vyvíjet lidský plod, tak se tam velmi pravděpodobně dá skupina buněk do pohybu a ta kolonizuje část čelisti. Jde o reakci epitelových buněk ústní dutiny s buňkami původem z neutrální lišty, které dávají základ horní a dolní čelisti. Vzniká tak dentální lišta, ze které se tvoří zubní pupeny, v nichž už je základ pro budoucí zuby.

A to je způsobeno nějakou genetickou informací?

Víme, že v místě budoucího zoubku se vytváří určitý gen, ale nevíme, jak je přesně regulovaný. Je to určitě další část našeho výzkumu, kdy se chceme podívat, jak tato navigace funguje. Bylo by pak možné vysvětlit, proč se postavení zubů či jiných orgánů tak liší mezi různými živočišnými druhy, i když jsou jejich rané buněčné typy totožné. Každopádně přes zub se snažíme vidět celý organismus, aby základní výzkum sloužil k prolnutí s lidským zdravím.

A může mít tenhle proces větší přesah k pochopení chování buněk v lidském těle?

Důležitá věc je, že embryonální základ zubu funguje jako autonomní jednotka. Dokonce jsme ho dokázali tři dny držet pod mikroskopem a mohli jsme popsat jazyk, jakým buňky mezi sebou komunikují. Nyní se snažíme pochopit základní principy, proč se buňky v jeden okamžik někam přemístí a dokáží velice rychle založit nový orgán. Pokud toto funguje u řady dalších orgánů – a my věříme, že ano –, tak jsme blízko toho odhalit, co se děje u karcinomů, kde se buňky najednou dávají do pohybu a napadají okolní tkáně nebo dávají vzniknout dalším novotvarům.

Takže směřujete k pochopení chování buněk rakovinotvorných nádorů?

Když porozumíme embryonálnímu programu, který způsobuje, že se buňky dávají do pohybu a odněkud někam cíleně migrují, tak tato mašinérie může souviset právě se schopností pronikat do tkání hostitele epitelových buněk z určitých karcinomů – hlavně u prostaty a prsní žlázy. Ve chvíli, kdy máte mechanismus, tak pak už jste velmi blízko k tomu ten proces narušit. Například určitou bioaktivní molekulou, která naprosto cíleně zasáhne signální dráhu, aniž by se dotkla zbytku těla nebo jiných procesů. Problém je ten, že vy potřebujete velmi přesně vědět, kam zamířit. Proto doufám, že se nám podaří identifikovat molekulární mechanismus, který stojí za rozhodnutím progenitorových buněk (částečně specializované buňky, které mají schopnost se samy namnožit, tvoří přechodné stadium mezi kmenovými a zralými buňkami, pozn. red.) zubního epitelu dát se do pohybu. A velice nás láká tento koncept vyzkoušet i na dalších orgánech.

Takže byste dokázali rakovinové bujení zastavit?

Vždy by to byl jen podpůrný mechanismus. Mohli bychom vytvořit přístup, díky kterému by se výrazně omezila invazivita nádoru. Ale pořád tam ještě musí přijít buď šikovné ruce chirurga, nebo cílená chemoterapie, která tumor zničí. My můžeme přijít jen na způsob, jak ho omezit v tom, aby nevysílal buňky dál kolem sebe.

Jsou poznatky vašeho výzkumu nějakým způsobem přelomové? Nebo už se touto problematikou zabývá ve světě více týmů?

V podstatě jsme do této problematiky vnesli další rozměr, kterým je migrace a mobilita buněk. To je poměrně průlomové a zatím mám jenom velmi pozitivní ohlasy. Myslím, že mnoho vědců si už uvědomilo důležitost časosběrného snímání na živé tkáni a snaží se teď pomocí časosběrné mikroskopie vidět ten čtvrtý rozměr vývoje.

Dříve to možné nebylo?

Nebylo. Kvůli technologickým omezením. Teprve před pěti lety se poprvé začaly objevovat nové typy konfokálních mikroskopů.

Co bude nyní dále?

My bychom hrozně rádi porozuměli, co je impulzem k tomu, aby se buňky daly do pohybu. Máme však už model, kdy se nádorové buňky z karcinomu prostaty chovají až nápadně podobně těmto progenitorovým epitelovým buňkám. Zatím jsou velice předběžné výsledky, kde jsme dokázali zastavit jejich migraci. Ale je to zatím velmi předběžné.

To už jste testovali na lidských buňkách?

Ano, pocházely z lidského karcinomu. Pole výzkumu lidských a nádorových buněk je velice dobře organizované a vy si můžete od specializované firmy koupit vzorek definovaných nádorových buněk. Tím, že jsou to buňky nádorové, tak si je můžete pěstovat téměř donekonečna v laboratoři a využívat je na experimenty.

Kolik času ještě potřebujete, aby se už seriózně začalo hovořit o tom, že vaše objevy mají přesah do léčby rakoviny?

Ohledně této regulace si dokážu představit, že po roční práci to bude možné. Máme fungující model, čekáme na ověření pomocí transgenních (geneticky upravených, pozn. red.) myší, které se už narodily a nyní by se měly více rozmnožit. Současně moje studentka pilně pracuje na tom, aby v nádorových buňkám odstranila ty samé geny pomocí CRISPR/ Cas technologie, což jsou takové miniaturní nůžky, pomocí kterých se snažíme gen v buňkách vystřihnout. Ve chvíli, kdy experimenty dopadnou tak, že potvrdí to, co vidíme, tak si myslím, že budeme blízko tomu, abychom tento model publikovali.

Vystudoval Přírodovědeckou fakultu UK v Praze. Pak pokračoval na doktorském programu v Ústavu experimentální medicíny Akademie věd ČR, kde pod vedením MUDr. Renaty Peterkové, CSc., začal pracovat na zubech. Potom odjel na tři roky na University of California v San Francisku, kde pracoval v laboratoři Ophira Kleina, který je jednou z největších světových kapacit na zubní tkáně: „Už při mém doktorském studiu jsme spolu udělali jednu publikaci, takže mi nabídl místo ve svém týmu.“ Před rokem se vrátil zpátky do Česka a začal pracovat v Českém centru fenogenomiky, které se zaměřuje na analýzu funkcí genů a na určení mechanismů kontrolující vývoj nemocí pomocí modelových organismů ve vědeckém centru BIOCEV. Toto jedinečné biotechnologické a biomedicínské centrum Akademie věd a Univerzity Karlovy vzniklo díky dotaci z evropských fondů ve výši 2,3 miliardy Kč.

Zdroj: MF Dnes (Téma), 03. 06. 2016, autor: Lubor Černohlávek, Strana: 36)

Scan článku