Zvětšit obrázek

Kmenové buňky z kostní dřeně stočené v centrifuze na dno zkumavek samy utvoří během několika hodin hroudy, přidáním dobře vyváženého diferenciačního media je můžeme během cca tří týdnů přeměnit na chrupavkové.

Kmenové buňky jsou splněným snem tkáňových inženýrů, co si víc přát než buňky, ze kterým lze (alespoň teoreticky) vyrobit jakoukoli tkáň našeho těla. Zbývá jediné – ochočit si je. Stovky lidí po světě věnují úsilí tomu, aby namíchali co neúčinnější koktejly růstových faktorů, ve kterých narostou na přání buňky kostní, nervové, nebo třeba jaterní. Pokroky tu jsou, ale čím dál tím víc se ukazuje, že jenom dokonale vyvážené kultivační medium nebude stačit, do biologických laboratoří se vkrádají fyzikální veličiny.

Buňky se obvykle pěstují narostlé na dně plastových kultivačních misek nebo lahviček. Rostou usazené v jedné vrstvě, jedna vedle druhé a my se z jejich chování snažíme vyčíst něco o fungování našich orgánů. Ve skutečnosti ovšem téměř žádná tkáň těla takto dvourozměrně nevypadá. Chrupavkové buňky mohou sloužit jako příklad, ve kterém jsou chemické signály bezmocné, pokud buňky nejsou v prostoru správně ukotveny. Chceme-li chondrocyty studovat in vitro, musíme jim poskytnout trojrozměrnou oporu. Je přitom překvapivě lhostejné jaký materiál použijeme alginátové uličky slouží stejně dobře jako kolagenové gely. Návodů na nasměrování dospělých  kmenových buněk k chrupavkové specializaci jsou v odborné literatuře desítky, ale jedno mají společné – opět vyžadují 3D uspořádání. Diferenciace probíhá na dně zkumavek, kde buňky po centrifugaci samovolně vytvoří kulaté hrudky.

Mohutný hlas pro více pozornosti čistě fyzikálním podmínkám, za kterých kmenové buňky nutíme tancovat podle našich not, se ozývá ze srpnového časopisu Cell. Skupina výzkumníků pod vedením Dennise Dischera sídlící ve Filadelfii zde ukazuje, že elasticita materiálu, na kterém kmenové buňky rostou, zcela zásadně určuje jejich osud. Uspořádání studie bylo prosté – vědci připravili různě tuhé polyacrylamidové gely, naseli na ně kmenové buňky vypěstované z kostní dřeně a sledovali jak buňky mění tvar a zapínají a vypínají geny.

Zvětšit obrázek

Buňky naseté na substrátu odpovídajícímu elasticitou mozku, svalu a vyvíjející se kosti se během tří dnů rozběhly k různým specializacím. Na první pohled je to poznat i na jejich tvaru – neurogenní buňky tvoří rozvětvené výběžky, svalové prekurzory jsou protáhlé a osteogenní buňky se roztáhly do všech stran.

Měkký gel stimuloval tvorbu rozvětvených výběžků a aktivaci genů typických pro nervovou tkáň, na tužším materiálu začali vznikat předchůdci svalových vláken a tvrdý podklad podpořil vývoj kostních buněk. Ještě po týdnu kultivace bylo možné pomocí růstových faktorů vývin zvrátit a namířit jinam. Po třech týdnech už je osud buněk rozběhnutý a barmanské umění vědců s ním mnoho nenadělá. Porovnání přirozené poddajnosti kosti, mozku a svalové tkáně s testovanými gely jen potvrdilo, že buňky ohmatávají svoje okolí a poslušně se vydávají za tou specializací, která se od nich očekává. Proces, kterým měří elasticitu mezibuněčné hmoty zůstává nejasný, zmíněná práce pouze ukazuje, že významnou roli tu bude hrát myosin, ne ovšem ten, který známe ze svalových vláken, nýbrž jeho varianta NMM II.

 Poznatek že kost je tvrdá, mozek měkký a svaly „něco mezi“ a kmenové buňky se podle toho chovají, nevypadá na první pohled nijak převratně. Je to ovšem velmi důležitá zpráva pro laboratoře, které se pokoušejí naplnit sliby o „orgánech na zakázku“, které od kmenových buněk očekáváme. A troufám si tvrdit, že je to dobrá zpráva. Růstové faktory, hormony a tajemné ingredience kultivačních koktejlů chráněné důmyslnými patenty totiž mají velmi nepříjemné vlastnosti – často jsou živočišného původu a nelze tudíž zcela vyloučit kontaminaci třeba viry nebo priony, jejich kvalita se může lišit šarže od šarže, a jsou především neúnosně drahé. Oproti tomu výroba různě tuhých gelů, pórovitých houbiček a jiných lešení pro osazování buňkami může být relativně jednodušší a výrazně levnější. Pokud dokážou  chemičtí barmani a materiáloví fyzici spojit síly, biologové budou zas o něco blíž ke splnění nadějí, které do nich veřejnost vkládá.