Project Description

Nová šance pro léčbu cukrovky

Cukrovku má 1,1 milionu Čechů a Češek. Díky umělému inzulinu žije sto tisíc diabetiků 1. typu a značná část z milionu diabetiků 2. typu. Díky vyspělé medicíně a pokročilým technologiím mají méně zdravotních komplikací než dřív. Cukrovka je nemoc léčitelná, ale dosud nevyléčitelná.

Biolog Tomáš Koblas z pražského Institutu klinické a experimentální medicíny zkoumá a nachází nové cesty, které by mohly vést k úplnému vyléčení cukrovky.

Tomáš Koblas umí přeprogramovat buňky, které mají ve slinivce přirozeně jinou práci, tak, aby produkovaly inzulin. Nebo buňky, které inzulin produkují, ale pacient jich má už žalostně málo, rozmnožit. Na tento výzkum získal nově grant nadačního fondu Neuron. Tak zaklepejme na dveře s nápisem Laboratoř Langerhansových ostrůvků Centra experimentální medicíny IKEM.…

Co je nového ve světě vědy kolem diabetu?

Vyšlo v časopise Téma 27. 10. 2017

* Ještě před sto lety znamenala diagnóza diabetes jistou smrt. Dnes se lidé s oběma typy cukrovky dožívají i vysokého věku. Na začátku byl objev inzulinu. Čí inzulin vlastně dostali první pacienti?

Kravský. Když tehdy Charles Best a Frederick Banting vyždímali kravskou slinivku a z rozpadlých ß-buněk (beta buněk) izolovali inzulin a injekčně ho aplikovali lidem, představovalo to jeden z nejvýznamnějších mezníků novodobé medicíny. Inzulin se pak ještě dlouhá léta vyráběl podobným způsobem, ale už z prasečích či kravských pankreatů.

* „Takzvaný“ říkáte proto, že je sice „umělý“, ale člověku mnohem víc přirozený, protože je vlastně lidský, že?

Ano. Díky metodě genetického inženýrství. Do bakterií byl vnesen gen pro lidský inzulin a ty pak začaly lidskou variantu inzulinu produkovat. Podobný princip se používá dodneška, ale vyrábí se řada typů inzulinu, dá se „vyladit“ podle různých potřeb pacientů. A od 80. let se neskutečným způsobem posunuly kupředu i způsoby aplikace, zcela běžné a dostupné jsou inzulinové pumpy, které diabetici používají a které se v podstatě trošku podobají tomu, jak skutečně fungují v těle ß-buňky, jež hormon inzulin produkují. Technologické způsoby se výrazně zlepšují a zjednodušují život diabetikům, ale…

* Ale pořád to mají „napořád“.

Bohužel. Diabetes dnes není smrtelné onemocnění, ale je nevyléčitelné. Nikdy nekončící dennodenní boj s hladinou cukru, pacienti téměř nikdy nejsou schopni dosáhnout úplně optimálního stavu. Výrazně se omezí velké výkyvy, dá se předcházet komplikacím, dají se oddálit, ale není to ideální.

* Co by bylo ideální?

Kdybychom dokázali obnovit tvorbu nebo funkci vlastních ß-buněk, které se u diabetiků 2. typu postupně vyčerpaly velkou zátěží. To jsou většinou pacienti, u kterých vznikla nemoc zejména kvůli přejídání a absenci pohybu. U pacientů s diabetem 1. typu je hlavní příčinou imunitní systém, který začne ničit ß-buňky často ještě v dětství.

* Dosud existuje jediná možnost, jak činnost ß-buněk obnovit, a to je transplantace celé slinivky nebo jen izolovaných Langerhansových ostrůvků, které se nacházejí ve slinivce a obsahují právě ß-buňky. V jakém případě se to dělá a kolik je možné do roka takových transplantací provést?

Přistupuje se k tomu u pacientů s nejvážnější formou nemoci, často tehdy, když mají porušené vnímání hypoglykémie. Většina diabetiků totiž pozná, že jim hrozí hypoglykémie, tedy že hladina cukru v krvi výrazně klesá, a nají se. Ale někteří pacienti mají tuhle kontrolku mimo provoz…

* A včas nezatáhnou za ruční brzdu?

Nepoznají, že jim klesá cukr, a zkolabují, to je život ohrožující stav. Nelze to opravit, jediná cesta je transplantace. A to buď celé slinivky, nebo jen samotných ostrůvků, což umíme v IKEM. Slinivku dárce natrávíme směsí enzymů tak, že ji rozvolní a Langerhansovy ostrůvky se oddělí od zbytkové tkáně, a my pak pacientům implantujeme suspenzi Langerhansových ostrůvků s ß-buňkami. Kvůli potřebné dávce transplantovaných ostrůvků potřebujeme většinou nejméně dvě slinivky. Během izolace totiž dostaneme přibližně jen padesát procent potřebné dávky ß-buněk.

* V čem je tedy výhoda oproti transplantaci celé slinivky?

Jedná se o minimálně invazivní proces, implantuje se při lokálním znecitlivění. Napíchne se jaterní žíla a do ní se implantuje suspenze ostrůvků, tělo je přijímá mnohem snáz než darovanou slinivku. Je to finančně náročná metoda, která může uspokojit tak deset pacientů do roka. A u nás je asi 100 tisíc pacientů s diabetem 1. typu a milion „dvojek“.

* Diabetes 1. typu je nemoc „vrozená“, ale u „dvojkařů“ je šance, že když se nemoc zachytí včas, nejsou ještě vyčerpané všechny ß-buňky a člověk výrazně upraví svůj jídelníček a životosprávu, že se nemoc zastaví, ne?

Teoreticky. Bohužel jen teoreticky. Vzpomínám, když jsem se o tom bavil s jedním profesorem z Ameriky, nějak jsme to rozebírali, přesně tohle jsem říkal: „Dvojkaři – tam je to vyřešené, přestat se přejídat a začít se hýbat.“ A on se zasmál: „To se snadno řekne, ale lidé jsou nepoučitelní.“ Ale samozřejmě jsou dvojkaři cukrovkáři, kteří si opravdu uvědomí závažnost situace a životosprávou a životním stylem se jim metabolismus upraví.

Mnohým pak stačí brát antidiabetika, která zlepšují funkci ß-buněk, a nemusí být odkázaní na inzulin, dokonce jsou i tací, kteří jsou pak úplně bez medikace, ale je to bohužel menšina. Ostatní na to více či méně dál kašlou a záhy se dostanou do stavu podobného diabetikům prvního typu a jsou plně závislí na zevním inzulinu. Jejich ß-buňky se totálně vyčerpají, jak pořád musí tvořit obrovské množství inzulinu, už to nezvládají a zkolabují.

* Kolik ß-buněk má zdravý člověk?

V prvé řadě jde o počet Langerhansových ostrůvků, a tam je obrovský rozdíl mezi lidmi. Může jich být od 300 tisíc až k 5 milionům. Kdo má pět milionů, je docela vysmátý, a může to být klidně jedlík a gaučový typ, ale cukrovku nikdy nedostane, naopak, pokud máte půl milionu ostrůvků, tak můžete cukrovku dostat, i když to s vaší životosprávou nebude tak hrozné.

Ale obecně platí, že přejídání a špatná životospráva k cukrovce 2. typu výrazně přispívá, bez debat. Čím víc se člověk přejídá cukry, tím víc zatěžuje ß-buňky. Když musí makat na pět set procent, dlouho to logicky nevydrží. Jinak u diabetu 2. typu hraje roli i rodinná historie; pokud ta nemoc v rodině byla, je mnohem pravděpodobnější, že propukne i u potomků, pokud se nebudou hlídat.

* Pojďme k vašemu výzkumu, který vede dvěma cestami. Tou první je „přeprogramování“ jiných buněk ve slinivce tak, aby začaly produkovat inzulin, tou druhou je rozmnožení stávajících ß-buněk.

Vtip je v tom, že ve slinivce jsou kromě ß-buněk, které jsou tzv. endokrinní a vylučují inzulin, i jiné buňky – exokrinní, které produkují různé trávicí šťávy. Endokrinní ß-buňky se bohužel nemnoží, například na rozdíl od kožních buněk, které jsou schopné se množit velmi rychle, a díky tomu se nám hojí rány.

ß-buněk máme od narození či časného novorozeneckého věku pořád stejně, podobně jako neuronů nebo buněk srdečního svalu. Obecně se ve vědě kolem diabetu tedy hledá způsob, jak buď obnovit činnost zbylých ß-buněk, jak je případně namnožit nebo jak do těla dostat „nové“.

* A vy jste začali přeprogramovávat ty, které vylučují trávicí enzymy, tak, aby z nich byly ty, co vylučují inzulin. Jak to děláte?

Všechny buňky v jednom těle mají v podstatě identickou DNA, ale v každé buňce se realizuje jen asi pět nebo deset procent z celé genetické informace.

* Jinak řečeno, máme geny „pro všecko“, jen se některé zapnou a jiné zůstanou vypnuté.

Ano. A to, který gen se zapne nebo vypne, ovlivňují takzvané transkripční faktory, které řídí přepis informace obsažené v DNA do jakési zprávy, které se říká messenger RNA (mRNA). Ta obsahuje identickou kopii informace z DNA. A na základě této zprávy se „realizuje“ konkrétní gen, který začne vytvářet příslušný protein s jasně danou funkcí.

Naše milá zdravá ß-buňka tak například přepisuje svou DNA do mRNA pro inzulin. V jedné buňce je pak třeba sto tisíc kopií té zprávy, a tak vznikají miliony molekul inzulinu. Permanentně. A my můžeme ve zkumavce vyrobit mRNA např. pro transkripční faktor (termín užívaný pro jakýkoliv protein, který má schopnost regulovat přepis DNA, pozn. red.) a pak ji vnést do jiné buňky. Transkripční faktor buňku přeprogramuje tak, aby dělala to samé jako ß-buňka.

* Na to jste přišli tady v IKEM?

Ne. Na začátku toho všeho byl výzkum kmenových buněk, za který byla před deseti lety udělena Nobelova cena (získal ji Brit John Gurdon a Japonec Šinja Jamanaka v roce 2007, pozn. red.) a který tento obecný princip odhalil. A pak si jistí borci z Harvardu položili otázku: Když můžeme vyrobit plnohodnotnou kmenovou buňku, nemohli bychom vyrobit „jednodušší“ ß-buňku? Vzali směs tří transkripčních faktorů, které jsou charakteristické pro vývoj ß-buňky, a vpravili ji do pankreatu myši. Pomocí virových nosičů.

* Vykuchali virus a dali tam něco jiného?

Ano. Vykostili větší část genetické informace viru a nahradili ji genetickou informací kódující ty tři transkripční faktory. A „infikovali“ exokrinní buňky tak, že začaly vyrábět inzulin. Pak to testovali na zvířatech, u kterých předtím vyvolali diabetes. U zvířat s přeprogramovanými buňkami glykemie poklesla, u kontrolní skupiny zůstávala vysoká. Jenže…

* Problém byl ten virus?

Začal dělat neplechu. Byl sice z velké části vypreparován, ale pankreas je velmi choulostivý orgán a zvlášť u oslabených diabetiků (v tomto případě u diabetických zvířat) může taková virová infekce způsobovat zánětlivé procesy, které mohou přerůst až v pankreatitidu. Což se ukázalo na myších. A obecně, jakýkoliv zásah do DNA je nebezpečný, protože může vést k rakovině.

* Takže vědci z Harvardu měli dobrý nápad, ale bylo potřeba najít způsob, jak tam přepisovací zprávu dopravit jinak, ne v trojském koni nějakého viru. A to už je vaše inovace?

Ano. Využili jsme to, nač přišli ti borci z Harvardu a smíchali jsme ji s jinou úžasnou technologií, která je založená na tom, že genetická informace se do buňky nevkládá prostřednictvím DNA, ale právě za pomoci „mezičlánku“, tedy už zmíněné mRNA. Je to fikaná metoda, dlouhodobě byla z technologických důvodů nerealizovatelná, ale teď zažívá vědecký svět její boom.

A hodně o tom uslyšíme, nejen ve výzkumu léčby cukrovky, ale na této bázi začíná spousta klinických studií v onkologii, v buněčné terapii. Výsledky jsou zatím fenomenální. Teprve teď totiž začínáme sklízet plody z pole genové terapie, kde bylo zaseto před nějakými dvaceti lety. Ještě donedávna bylo nebezpečné si s geny hrát, většina pacientů, kde došlo k nějaké genetické změně, skončila s rakovinou, ale technologie s mRNA nepůsobí žádnou genetickou změnu. Je to bezpečné.

* Můžete přiblížit ten proces?

Ve zkumavce připravíme syntetickou mRNA a tu vpravíme do buněk pomocí chemikálie podobné máslu, jsou to malé tukové váčky, které jsou schopné projít skrz buněčnou membránu. V buňce se z váčku uvolní naše mRNA a spustí přeměnu jednoho typu buňky na zcela jiný typ. Takže buňka, která původně vylučovala trávicí enzymy, spustí výrobu inzulinu.

* Vaše metoda funguje. Jak jste daleko?

Už jste to zkoušeli na myškách? Zaujalo to jednu německou biotechnologickou společnost, se kterou to nyní dál testujeme, zdá se, že testy budou pokračovat na myších… Ale zároveň zkoumáme ještě možnosti, jak to vylepšit.

* A druhá „rozmnožovací“ cesta vašeho výzkumu?

Položili jsme si otázku, jak stimulovat ß-buňky k množení. Jak přimět k množení ty, které tam ještě jsou, nebo případně ty, které se předtím podaří (ať už jakoukoliv cestou) přeprogramovat. Pak by stačilo mít jednu takovou buňku a šlo by to do aleluja. Už jsme to v laboratorních podmínkách zkusili a fungovalo to. Teď jsme dostali od Neuronu (Tomáš Koblas získal milionový grant Neuron Impuls na tento projekt, pozn. red.) peníze, abychom mohli zkoušet dál.

* Jak buňky k množení přimějete?

V rámci buněčného dělení existují dva různé druhy regulačních proteinů, jedny jsou stimulátory – pobízí k růstu a dělení buněk – a druhé supresory, které naopak dělení buněk blokují. Zaměřili jsme se na ty stimulující, konkrétně na protoonkogeny. Zase jsme využili metodu založenou na syntetické mRNA a pomocí ní jsme ß-buňku přiměli k tomu, aby se množila. Po jednorázovém podání se polovina z nich začala dělit. To se zatím nikomu kromě nás nepovedlo.

V dalším kroku bychom to chtěli testovat na lidských Langerhansových ostrůvcích a budeme proces dál ladit. A dalším krokem je ověřit, jak namnožené ß-buňky budou fungovat po transplantaci diabetickému zvířeti. Ale to je dlouhý horizont.

* Když využíváte gen pro rakovinné bujení, nemůže se to zvrhnout?

Na vzniku nádorů se podílejí mutace v genech, kvůli nimž pak vznikají velmi stabilní stimulátory buněčného dělení, které spustí nekontrolovatelné dělení buněk. Naopak ve své přirozené, nezmutované formě mají tyto stimulátory buněčného dělení krátkou životnost a po pár hodinách se zničí. Naše metoda je jednorázový proces, protože využívá právě přirozenou, nezmutovanou formu. Nakopne reakci, buňky se začnou dělit, ale pak se ta zpráva zničí a celý proces dělení se už znova neopakuje.

* Jako když tajný agent polkne papírek s kódem?

Přesně tak. Tímto způsobem k vyvolání rakoviny dojít nemůže. Tohle je skutečně krok kupředu k nějakému eventuálnímu klinickému použití.

* Ale jen tehdy, pokud pacient ještě nějaké svoje ß-buňky má.

Ne, pokud by se tato metoda kombinovala s přeprogramováním či jinou metodou, jak získat nové ß-buňky. První várka buněk by byla přeprogramována a dál už by se množily.

* Klinické studie jsou běh na dlouhou trať s nejistým výsledkem. Navíc je otázkou, jak se vlastně farmaceutický byznys staví k možnosti, že by nějaká léčba cukrovku opravdu vyléčila, když je pro něj výhodné vyrábět inzulin pro miliony pacientů po desítky a stovky let. Nemyslíte?

To je sice na první dobrou logický úsudek, ale naštěstí to není tak jednoduché. I léky, které něco navždy vyléčí, mohou vydělat investorům velké peníze. Uznávám, že farmaceutické firmy, které prodávají inzulin, budou muset nakonec v budoucnosti holt zamáčknout slzu, ale je spousta jiných farmaceutických firem, které po nějakém nadějném léku nebo léčebném postupu, který pacienty cukrovky zbaví, skočí jako vosa po bonbonu. Je to velký trh. Jen s cukrovkou 1. typu jsou na světě miliony lidí a některé metody by byly aplikovatelné i u „dvojek“.

* Jste tedy přesvědčený, že cukrovka za dvacet třicet let bude choroba vyléčitelná?

Jsem optimista. Věřím, že současné děti s cukrovkou ji nebudou mít doživotně. Možná už za patnáct dvacet let si nebudou muset trvale píchat inzulin. Sami máme ještě v rukávu něco dalšího, krom prve popsaných metod, čím bychom šli úplně na samou podstatu vzniku diabetu prvního typu.

Dělá na tom mnoho týmů na světě, hledá se způsob, jak ve slinivce nastolit takové podmínky, aby mohly ß-buňky znova vzniknout a namnožit se. Ale to nebude řešitelné jedním zázračným preparátem, to bude víc věcí dohromady. Protože sama nemoc je komplexní a složitá a ovlivňuje ji mnoho faktorů. Genetika, imunita, životní prostředí, životospráva a taky – blbá náhoda.

* Jednu dobu se hodně mluvilo o terapii s kmenovými buňkami, ze kterých by se v laboratořích vyrobily ß-buňky a ty by rovnou vložily do slinivky pacienta. Ale teď je nějak ticho po pěšině. Co se stalo?

V roce 2000 vznikla firma, která se zabývá právě buněčnou léčbou diabetu pomocí ß-buněk získaných z embryonálních kmenových buněk. Dlouho šlo všechno dobře, dokud nezačaly klinické testy, testy na lidech. Už první fáze nešla podle plánu.

* Na čem to ztroskotalo?

Jelikož nejde o buňky tělu vlastní a imunitní systém by je odmítl, šli na to tak, že je vkládali do speciální pouzdérek a ty pak implantovali pacientům do dutiny břišní. U myší to fungovalo krásně, pouzdro obrostlo cévami a dovnitř procházely z krve živiny a zevnitř se vylučoval inzulin. Jenže u lidí to vůbec neobrostlo cévami, ale celé se to zapouzdřilo, odhojilo a nefungovalo. Po patnácti letech výzkumu!

* Takže to bylo k ničemu?

Určitě ne. Jen jsou zase o pár let zpátky. Přicházejí s novou variantou, kdy jsou v tom pouzdérku dírky, kterými mohou prorůstat cévy. Ale tam jsou další rizika. Uvidíme. Těch studií jede po světě mnoho. Různé metody, různé přístupy, různé variace, jsem optimista.

****

Cukrovka
Diabetes je nemoc, která je způsobena tím, že člověk má absolutní nebo výrazný nedostatek hormonu, zvaného inzulin, který se stará o regulaci cukru v krvi.

Cukr v krvi: Normální hladina cukru v krvi je zhruba 4,5 gramu – v pěti litrech krve dospělého člověka. „To je standard. Jsou to zhruba dvě kostky cukru. Když je tam o dva gramy méně, už je to málo. O dva gramy víc, to už je dost,“ tvrdí biolog Tomáš Koblas z IKEM.

Produkce inzulinu: Ve slinivce jsou takzvané Langerhansovy ostrůvky, které jsou hnízdem ß-buněk. To jsou buňky, které inzulin produkují. RNDr. Tomáš Koblas: „Zdravý člověk má dostatek ostrůvků a hlavně dostatek zdravých, funkčních ß-buněk. Tyhle buňky do sebe vstřebávají krevní cukr, glukózu, a poznají, kolik jí v krvi je; čím víc jí nasají a zpracují, tedy zmetabolizují, tím víc inzulinu vypustí. Dělají to velmi rychle a prakticky pořád. Podle aktuální hladiny cukru jde do těla adekvátní dávka inzulinu, který se stará o to, aby se cukr z krve dostal tam, kam patří, aby ho vstřebaly ostatní buňky, které z něj získávají energii. Tím přebytečný cukr z krve odbourává. U zdravého člověka to funguje excelentně. Kolega diabetolog si nasadil přístroj, který permanentně glykémii monitoruje, a zkoušel s tím všechno možné, běhal, dával si fyzickou zátěž, nejedl, pak se naopak nacpal k prasknutí… a pořád měl velmi plynulou „lajnu“ glykémie. Pokud ß-buňky fungují, pak jsou schopné vyrovnávat i těžkou zátěž.“

Počet ß-buněk: Neexistuje úplně standardní metoda, jak preventivně zjistit, kolik má člověk ß-buněk. „Ale dají se udělat zátěžové testy, kdy se člověku podá trošku koncentrovanější roztok glukózy a sleduje se, jak se s tím metabolismus vyrovnává.

Tyto testy se standardně dělají ženám během těhotenství. Tak se dá odhalit náběh na nějakou dysfunkci, “ podotýká Tomáš Koblas z pražského Institutu klinické a experimentální medicíny.

Hypoglykemie: Je to stav, kdy hladina cukru v krvi klesá pod dolní hranici normy, tj. pod 3,3 mmol/l. Hypoglykemický stav může v nejhorších případech končit i kómatem, lidé ztratí vědomí, upadnou do bezvědomí. „U zdravého člověka je to skutečně extrémní situace, u diabetiků bohužel stav, který může přijít velmi snadno a nečekaně. A naopak, velmi často u nich také dochází k situaci, kdy je v krvi třeba i pětinásobné množství cukru. Enormní a opakovaný nadbytek cukru vede v dlouhodobém horizontu k řadě komplikací, mezi ty nejvážnější patří mozková mrtvice, slepota, kardiovaskulární komplikace, srdeční infarkt, selhání ledvin, poškození periferních nervů – znáte asi jako syndrom diabetické nohy. Proto se dělá všechno pro to, aby hladina cukru byla co nejvíce vyrovnaná, a proto si musí diabetici opakovaně, několikrát denně, měřit hladinu cukru a používat injekce inzulinu,“ dodává Tomáš Koblas.