Pokrok v léčbě diabetu kmenovými buňkami.

Před 2 lety jsme na našich stránkách informovali o progresivních možnostech léčby diabetu 1. typu ( https://www.cukrovka.cz/co-by-mohlo-zajimat-kazdeho-diabetika ). Mluvili jsme o metodách transplantace pankreatu a transplantace Langerhansových ostrůvků. Oba zmíněné zákroky se dnes u vybrané skupiny pacientů provádějí již rutinně. Oba navozují v těle tvorbu inzulinu, vedou k téměř úplné normalizaci metabolismu a často dovolují ukončit inzulinovou léčbu. Transplantace pankreatu to umožní téměř vždy.

Jenže: k provedení transplantace potřebujeme na prvním místě vhodnou kvalitní slinivku břišní z těla zemřelého dárce, která se buď přímo transplantuje, nebo se z ní izolují Langerhansovy ostrůvky, kde se inzulin tvoří. Takových slinivek je a vždycky bude nedostatek. V České republice se snažíme využít každý vhodný orgán, který se naskytne, což dovoluje provést 40–50 transplantací pankreatu a 10 transplantací Langerhansových ostrůvků ročně. Tento počet by se možná mohl ještě nepatrně zvýšit, ale orgánů k transplantaci nebude nikdy dostatek.

V prvé řadě se dostává na nemocné s diabetem 1. typu, kteří mají současně podstoupit transplantaci ledviny, protože ti budou v každém případě užívat imunosupresivní léky a budou v každém případě operováni. Na druhém místě se pak k transplantaci dostávají diabetičtí pacienti, kteří při inzulinové léčbě trpí nebezpečnými hypoglykemickými stavy a k jejich minimalizaci jim dostatečně nepomáhají ani soudobé technologické prostředky pro podávání inzulinu a monitorování glykémií. Transplantace pankreatu, nebo pro pacienta mnohem jednodušší transplantace Langerhansových ostrůvků, tento problém téměř vždy vyřeší. Na ostatní nemocné se však nedostává.

Pacientů, kterým každodenní potíže související s diabetem komplikují život, je ale velmi mnoho. Většina z nich by uvítala léčbu, která by je osvobodila od každodenní starosti, jak vyrovnávat kolísání glykémií. Hodně nyní pomáhají poloautomatická technická řešení, která dávkují inzulin do podkoží podle údajů kontinuálního senzoru. Pořád je to ale způsob náročný, který vyžaduje téměř nepřetržitou pozornost, ne vždy se správně „trefí“, a pro některé je to cesta příliš komplikovaná.

Proto se hodně lidí ptá, kdy konečně budeme mít k dispozici „buňky“, které zajistí chybějící inzulinovou sekreci, budou přesné, spolehlivé a bude jich dost. Třeba i pro některé pacienty s diabetem 2. typu.

Jestliže prozatím opomeneme zvířecí Langerhansovy ostrůvky, dostatečné množství buněk produkujících inzulin by se mohlo podařit získat z tzv. kmenových buněk, které by se namnožily v laboratoři a potom dále vyvíjely tak, aby byly schopné produkovat inzulin podobně, jako to dělají přirozené beta-buňky pankreatu.

Kmenových buněk existuje řada a jejich stručný přehled jsme již dříve uvedli zde: https://www.cukrovka.cz/co-by-mohlo-zajimat-kazdeho-diabetika. Tzv. pluripotentní kmenové buňky lze získat v časné fázi embryonálního vývoje. V případě lidských buněk je takovou možností využití nadpočetných, v laboratoři uměle oplodněných vajíček. Když žena nemůže jinak otěhotnět, odeberou se její vlastní vajíčka z vaječníku a uměle se oplodní spermiemi otce. Po krátkém vývoji v laboratoři vznikají embryonální základy, které se ukládají v hluboko zmrazeném stavu a jsou připraveny pro přenos do dělohy matky.

Takových vajíček je v laboratoři vždy připraven nadbytek a jenom jedno nebo několik z nich se využije. Ostatní se později zničí. Již po několika dnech vývoje v laboratoři je ovšem možné z nich získat pro výzkum či pro léčebné použití pluripotentní buňky. Ty lze potom v laboratoři dále množit a usměrňovat jejich vývoj tak, aby se vyvíjely požadovaným směrem.

Za normálních okolností z pluripotentních kmenových buněk během embryonálního vývoje postupně vzniká téměř všech 270 známých typů buněk lidského organismu, tedy i beta-buňky. Vědci se
v laboratoři snažili tento vývoj napodobit.

Výhodou pluripotentních kmenových buněk je, že se aktivně množí. Z jednoho zdroje je proto možné připravit velké množství buněk, které mají identické vlastnosti, a jsou tedy z hlediska možného použití k léčbě dostatečně „standardní“. Na druhé straně jejich nevýhodou je právě jejich veliká tvárnost, takže se může stát, že se budou vyvíjet jiným směrem, než který je pro dané použití žádoucí. Napodobit přirozený vývoj tak, aby v laboratoři vznikly právě takové buňky, jaké si přejeme, je velmi obtížné.

Vědci z americké společnosti ViaCyte v San Diegu navázali na předchozí univerzitní výzkum a vyvinuli metodu pro přípravu tzv. PEC-01 buněčných linií, které jsou odvozené z lidských embryonálních kmenových buněk a v laboratoři se cíleně diferencují (přeměňují) do podoby jednoho ze 3 zárodečných listů, tzv. endodermu. Z endodermu se během embryonálního vývoje postupně vyvíjejí orgány jako střevo, játra a také slinivka břišní. V embryonálních základech slinivky se mimo jiné nacházejí buňky, z nichž se později vyvíjejí Langerhansovy ostrůvky. Ukázalo se, že při správném ošetření se uměle připravené PEC-01 buňky mohou rovněž diferencovat zejména na různé typy pankreatických buněk včetně buněk endokrinních.

PEC-01 buňky je možné získat v poměrně velkém množství a ověřovat jejich kvalitu a bezpečnost z hlediska možné nádorové přeměny. Lze je také uchovávat ve zmrazeném stavu.  Zdrojem PEC-01 buněk jsou pluripotentní kmenové buňky, které pocházejí z v laboratoři uměle oplodněných vajíček, jež se vyvíjejí asi 5 dnů a dávají vznik tzv. blastocystě. Za normálních okolností se blastocysty připravují pro umělé oplodnění, a to v takovém množství, aby byla k dispozici také jejich zásoba pro případ, že by se umělé oplodnění nepodařilo a muselo se opakovat. Po úspěšném umělém oplodnění bývá zbytek blastocyst zničen. A právě tyto blastocyty určené k likvidaci mohou být použity jako zdroj PEC-01 buněk.

Preklinický výzkum trval asi 14 let, než bylo možné PEC-01 buňky testovat i u člověka. V první fázi byly ukládány do plochých a pro krevní elementy a cévní kapiláry neprostupných komůrek do podkoží, aby se zjistilo, zda bude tkáň přežívat a dále se vyvíjet. Ukázalo se, že v lidském těle se většina buněk dále přeměnila na různé typy endokrinních buněk Langerhansových ostrůvků, zejména na beta-buňky, které skutečně produkovaly inzulin. Pro buňky neprostupná komůrka chránila tkáň před imunologickým odhojením a dovolovala také její bezpečné vynětí k dalšímu studiu.

Protože difuze kyslíku a živin skrze stěnu komůrky v první klinické studii nepostačovala k dostatečnému dlouhodobému přežívání, byly v další fázi použity komůrky prostupné pro krevní cévy. Ty mohou do komůrky vrůstat a zásobovat její obsah kyslíkem.

Do druhé pilotní klinické studie, na které kromě firmy ViaCyte spolupracovala centra z kanadských měst Edmontonu a Vancouveru a dále z Baltimore, Columbusu, San Diega a Minneapolis v USA, bylo zařazeno 17 osob s nestabilním diabetem 1. typu. Klinický výzkum vedl prof. James Shapiro, známý svojí průkopnickou prací v oblasti transplantace Langerhansových ostrůvků (ta se někdy označuje jako tzv. Edmontonský protokol, publikace v roce 2000).

Větší ploché komůrky s prostupnou stěnou byly plněny až 250 000 PEC-01 buněk a ukládány do podkoží břicha. Jejich velikost byla asi 2 x 5 cm a někteří pacienti dostali komůrek hned několik, aby bylo možné studovat závislost na množství PEC-01 buněk. Zároveň pacienti dostávali tzv. „hlídkující“ komůrky podobné struktury, které však byly podstatně menší a sloužily k tomu, aby je bylo možné za různou dobu postupně z těla odstranit a studovat, co se děje uvnitř.

Protože vnitřek komůrek byl prostupný pro buňky imunitního systému, museli všichni pacienti užívat imunosupresivní léky podobně jako při transplantaci pankreatu či samotných Langerhansových ostrůvků.

U šesti ze 17 studovaných osob byla po 6 měsících prokázána produkce inzulinu, jež byla potvrzena významně pozitivními hodnotami C-peptidu (ukazatele endogenní sekrece inzulinu). V menší míře produkce inzulinu trvala i po jednom roce sledování. Histologická vyšetření „hlídkujících“ komůrek potvrdila, že uvnitř dochází k stabilní přeměně PEC-01 buněk na endokrinní, převážně inzulin produkující buňky, a že se tyto buňky nemění na nebezpečné nádorové či jinak nežádoucím směrem diferencované buňky.

Informační boom kolem kmenových buněk vrcholil před vypuknutím epidemie nemoci covid-19, která jej částečně zastínila. Přesto se objevovala řada nedostatečně ověřených informací, že léčba diabetu pomocí kmenových buněk je již na dosah. Novináři buďto přehnaně optimisticky interpretovali výsledky čistě experimentálních studií, jež se nacházely teprve ve stadiu tkáňových kultur, či u experimentů u zvířat, nebo pocházely z neověřených zdrojů, většinou mimo Evropu či severoamerický kontinent.

Současná publikace v časopisu Cell Reports Medicine autora A. M. Shapira a jeho spolupracovníků (Insulin Expression and C-peptide in type 1 diabetes subjects implanted with stem cell-derived pancreatic endodedrm cells in an encapsulation device, https://doi.org/10.1016/j.xcrm.2021.100466) již ale představuje skutečný průlom ve výzkumu diabetu. Práce, která používá buněčný produkt vyvinutý společností ViaCyte, prokazuje, že je možné připravit reprodukovatelný (kdykoliv opakovatelný) postup pro přípravu buněčných linií z embryonálních kmenových buněk, které později formují struktury podobné přirozeným Langerhansovým ostrůvkům. Připravené buňky mají standardní a předvídatelné vlastnosti. Výrobu je možné upravit tak, aby byl buněk dostatek a aby mohly být ve zmrazeném stavu skladovány až do okamžiku jejich použití. Jejich jednotný zdroj, kontrolovaný způsob přípravy a průběžná genetická analýza jsou předpoklady pro jejich bezpečnost.

Co tato studie přináší pro současné pacienty s diabetem? PEC-01 buňky není dosud možné použít pro léčbu diabetu. Ještě hodně práce zbývá, aby skutečně byla ověřena dlouhodobá bezpečnost. Současné komůrky pro implantaci zatím nejsou vyhovující a nadále je nutné používat imunosupresivní léky. Aby implantované buňky skutečně nahradily potřebu inzulinu, muselo by se zatím implantovat příliš mnoho komůrek v jejich současné podobě. Jenom pro srovnání, u zdravé osoby se odhaduje počet beta-buněk asi na 3 miliardy. A tyto buňky žijí ve svém přirozeném prostředí.

Práce ale ukazuje, že inzulin produkující buňky ve standardní (to znamená vždy stejné) podobě je možné připravit v průmyslovém měřítku a výsledek může být předvídatelný tak, jak si to přejeme u všech lékařských zákroků. Žádná současná studie s buněčnými liniemi pro léčbu diabetu zatím nepokročila takto daleko.

Touto aktuální zprávou současně odpovídáme na otázku mnoha našich čtenářů, jak daleko je léčba diabetu kmenovými buňkami. Popsaná metoda není jediná. Několik světových pracovišť se pokouší vyvinout obdobný systém, případně využít jiný typ kmenových buněk, např. takových, které jsou odvozené od samotného pacienta.

V Centru experimentální medicíny také pracujeme na metodě, která by se mohla ukázat jako slibná a velmi výhodná. Za základ totiž používáme přirozené beta-buňky pankreatu, které se nám jako možná zatím jediné laboratoři na světě daří pomnožit. Nejedná se tedy ve skutečnosti o práci s buňkami kmenovými, ale s přirozenými a nepoužíváme přitom žádnou genetikou modifikaci. Cesta výzkumu je to ale trnitá. Zatím pro ni získáváme jen velmi omezenou podporu.