Zvětšit obrázek

Když ploštěnce kousek těla uřízneme, v místech poranění se buňkám začnou probouzet geny (wntP-1). Tkáň a orgány začínají regenerovat. Co tento proces spouští, ,,jsme neznali. (Kredit: PNAS, Petersen a Reddien, 2009)

Biologům z Tufts University (Massachusetts) se podařilo na pokusech s ploštěnkou ukázat, že změny v napětí na buněčné membráně a s tím spojené iontové toky, jsou klíčovým faktorem v regeneraci tkání. Jakoby dorůstání potřebného orgánu záviselo na správném elektrickém podnětu.
Pokusy provedené kolektivem Michaela Levina odhalily, jak pomocí farmak otevírat a zavírat iontové kanály a takto navozenými elektrickými signály ovlivňovat regeneraci tkání. Ne náhodou se k těmto pokusům jako modelový organismus využívají ploštěnci. Mají sice nízký stupeň diferenciace těla, ale již jde o živočichy s komplexním centrálním nervovým systémem - mají tedy skutečný mozek. Pozoruhodný je také velký počet genů, které mají společné s obratlovci. Ve srovnání s námi mají ale ještě něco navíc, pozoruhodnou schopnost regenerace. Jakákoliv část, kterou jim odstraníme, se začne obnovovat, včetně celé hlavy. Pokusy z Tufts odhalily, jak se buňky rozhodují a domlouvají, aby vytvořili právě ten potřebný kousek – s hlavou, nebo ocasem. Již předcházející výzkum ukázal, že proces regenerace je možné spustit bioelektrickými prostředky. Nikdo ale zatím nepopsal, že to jde vlastně velmi snadno. Souvisí to s funkcí iontových kanálů a proteinové pumpy, která řídí velikost transmembránového potenciálu.

Zvětšit obrázek

Ivermektin, někdy nazývaný také invermektin, známý též pod obchodním názvem Ivomec je širokospektrální antiparazitikum. Jeho objev je spojen s veterinářem Williamem Campbellem, který si všiml, že půda odebraná na jednom golfovém hřišti dokáže odblešit psy. Dnes se jím izolovaná látka používá jak u zvířat tak v humánní medicíně. Účinkuje proti parazitickým hlísticím a ektoparazitům jako jsou vši, střečci , zákožky. Velmi dobře a dlouho známou chemikálii zřejmě bude možno využít také k nasměrování vývoje dospělých kmenových buněk a při regeneraci orgánů.

Chemie
To, že si ploštěnky umějí z pahýlu dotvořit libovolnou část těla, se ví celé století. Poznatky z poslední doby naznačovaly, že jejich zázračná schopnost tkví v genech. Svědčí o tom výsledky pokusů, ve kterých se vědcům dařilo ovlivňovat osud buněk vkládáním malých kousků ribonukleové kyseliny. Postupně tak přicházely na signální mechanismy zapletené do genové regulace. Interferenční RNA (iRNA) se ukázala jako mocný nástroj, který buňky dokáže nasměrovat, aby se vyvíjely buďto ve struktury hlavy, nebo něco jiného. Naděje na pokrok v léčbě lidských poškozených orgánů se proto upínaly právě ke genetikům. Nynější poznatky tuto představu tak trochu mění. Hlavní roli by mohli převzít se svými jedy chemikové. Ukazuje se, že stačí ovlivnit napětí membrány a chemií navozený „elektrický“ signál stačí k tomu, aby se spustila kaskáda změn, která buňku a její geny umí přesvědčit k tvorbě právě té správné, chybějící tkáně. Buňku tedy není potřeba vodit „za ručičku“ a regulovat každou její signální dráhu, ať již pomocí iRNA, případně jinými genetickými mechanismy. To ale znamená, že by v řadě případů mělo jít vylepšovat poškozené tkáně pomocí jednodušších zásahů, než jakými je technologie transgenů - vnášení genů do buněk prostřednictvím upravených virů. Manipulovat s geny a přimět je k aktivitě by mělo jít i protřednictvím pouhé změny napětí na buněčné membráně a toho lze dosáhnout i s pomocí farmak.

Dvě hlavy

Zvětšit obrázek

Změny v napětí buněčné membrány jsou klíčem, který rozhodne, zda ploštěnce naroste po amputaci hlava nebo pata. Neošetřenému jedinci v horní části obrázku dorostla hlava, přesně tak, jak se očekávalo. Ploštěnka uprostřed má hlavu na obou svých koncích. Ta nadbytečná jí narostla po experimentální depolarizaci membrány buněk. Na obrázku dole: Hyperpolarizace membrány prozměnu zabrání vytvoření hlavy a chybějící kousek doroste v normální ocas - má pak dva. (Kredit: Tufts University)

Biologové již dříve přišli na to, že regenerace souvisí s enzymy řazenými mezi „átépázy“. Konkrétně s tím, jež se honosí kouzelným jménem: H⁺,K⁺-ATPáza. Jde o látku, která zprostředkovává přenos iontů a způsobuje něco, co bychom mohli nazvat "v danou chvíli správnou" polarizaci buněčné membrány. Ta se buňkám v poraněné tkáni mění. Podobnou depolarizaci, jako zajišťuje v přirozených podmínkách enzym, dokážeme buňkám přivodit i násilně. Například pomocí ivermektinu. Vykoupání buněk ploštěnky v této chemikálii také změní jejich membránový potenciál a takto ošetřené se začnou zdárně vyvíjet a umožní ploštěnce mít novou hlavu. Změna membránového potenciálu se ukázala být tak mocným nástrojem, pro který je hračkou zajistit aby hlava ploštěnce vyrostla i tam, kde ty slušné mívají ocas - na kaudálním konci.

Souboj „ocas versus hlava“ lze rozhodnout pouhou změnou elektrického signálu - depolarizací membrány. Má se za to, že změnou napětí na membráně lze ovlivnit expresi genů. A ty potom umožní buňkám se správně "pravolevě" zorientovat, začnou se množit vyvíjet v tu správnou tkáň i s mozkem. Poněkud úsměvné je, že to umí udělat látka, kterou již přes dvacet let používáme u psů a koček, abychom je zbavili vší, střečků a svrabu.

Řada pracovišť a biologů studuje biochemické signály, kterými se buňky během růstu a diferenciace řídí. Poznatek z Levinovy laboratoře dává trošku jinou představu o chování buněk a jejich „bioelektrickém jazyku“, kterým se domlouvají a integrují se svým hostitelským tělem. Možná jsme na stopě jednoduchého chemického mechanismu, který by šel využít jak při hojení ran, tak k regeneraci poškozených orgánů.

Prameny: Tufts University, Cell , Chemistry & Biology, Jan. 28, 2011, PNAS, Petersen a Reddien, 2009