Budeme liečbu mitochondriami nazývať transplantácia alebo transfúzia?

Nie je novinkou, že si bunky v našom tele rôzne vypomáhajú, ale že intenzívne kšeftujú aj s celými organelami, to je do značnej miery prekvapivé. V recenzovanom časopise EMBO reports vyšla štúdia o obohacovaní buniek imunitného systému extra porciami mitochondrií. Predklinické testy zlepšovania imunity dopadli mimoriadne dobre – liečba obmedzila zápal a pacientom sa zlepšilo dýchanie. Hoci tento výskum prebiehal ešte pred vznikom pandémie, mohlo by ísť o účinnú liečbu ochorenia COVID-19.

Na čo slúžia mitochondrie

Získavať bez fotosyntézy dostatok energie na život je drina. Buď boli naši predkovia múdri a začali spolupracovať s baktériami, alebo sa nám do života vmontovali parazity a my sme ich anektovali, ale nech už to bolo akokoľvek, niekedy pred dvomi miliardami rokov prestali byť mitochondrie samostatnými organizmami. Stále si to obdobie pamätajú a uchovali si z neho značnú časť rozhodovacích právomocí. Ponechať im takú autonómiu je ale dosť nezodpovedné. Akoby si štát (v našom prípade bunka) všetky svoje rezorty riadil z jedného centra (jadra a jadrovej DNA), ale ten úplne najdôležitejší a strategický rezort – energetiku, ponechal v pôsobnosti bývalého nepriateľa.

Na dnes už mierumilovné spolužitie s mitochondriami sa ale môžeme pozerať aj pohľadom strany Starostovia a nezávislí a teda že nechať rozhodovanie na tej najnižšej úrovni je správne. V každom prípade to viedlo k tomu, že si každá bunka nášho tela prevádzkuje tisíce energetických zdrojov (tisíce maličkých elektrocentrál). Výhodou takého decentralizovaného riešenia je, že sa nemusíme starať o prenosovú sústavu. Minca má ale aj opačnú stranu. Kým jadrovú DNA nám stačí mať v bunke len jednu (jedno riadiace centrum), tú mitochondriálnu musíme mať toľkokrát, koľko máme mitochondrií. Často sú to až státisíce molekúl mtDNA v každej jednej bunke. Všetky tieto „minidozorne“ sú pritom navlas rovnaké, čo je, priznajme si, plytvanie energiou i materiálom.

Neprináleží nám ale kritizovať nič z toho, pretože v praxi evolúcie sme s týmto riešením obstáli. Možno aj preto, že ako sa ukazuje, s mitochondriami sa dá kšeftovať.

Keď si to zhrnieme, tak v každej jednotlivej mitochondrii máme prostredníctvom 16 569 písmen genetického kódu zapísaných 37 génov. Čo sa týka množstva génov, mitochondriálna DNA je v porovnaní s jadrovou dedičnosťou len „kvapkou v mori“. Z pohľadu funkčnosti to už tak úplne pravda nie je. Potvrdzujú to poruchy mitochondriálnych génov, ktoré bývajú príčinou mnohých vážnych chorôb, napríklad niektorých typov svalových dystrofií alebo diabetu 2. typu. Rozhodujú o výkonnosti buniek, pretože majú na starosti energetickú bilanciu bunky. Keďže pri ich prevádzke vzniká veľké množstvo škodlivých radikálov, dostali prezývku „bunkové elektrárne so špinavou prevádzkou“. Práve táto ich stránka (zabezpečovanie výkonnosti buniek) nás dnes bude zaujímať. Respektíve mitochondriálne gény zabezpečujúce respiráciu (súčasť oxidatívnej fosforylácie produkujúcej v mitochondriách ATP). Laicky povedané – bunkové dýchanie v situáciách, keď od buniek potrebujeme špičkový výkon, aby nás vytiahli zo život ohrozujúcej šlamastiky.

Bunkové zmenárenstvo

Na skutočnosť, že bunky medzi sebou kšeftujú s mitochondriami, prišiel kolektív vedcov z Centra pre génovú terapiu na Tulane University v New Orleans. Bolo to pri štúdiu rakoviny. Najprv na bunkách pestovaných v tkanivových kultúrach, neskôr aj na modelových organizmoch zistili, že nádorovo zvrhnuté bunky trpiace nedostatkom mitochondrií nerespirujú („dusia sa“). Niekoľko týždňov sa s nimi nič nedeje a zhubný nádor nerastie. V priebehu latencie sa len zdanlivo nič nedeje. Rakovinové bunky svojim zdravým kolegyniam v tom čase „kradnú“ mitochondrie. Hneď ako začnú mať dostatok génov na dýchanie, rakovinové bujnenie sa rozbehne na plné obrátky. Či naozaj ide o krádež, ako sme si dlho mysleli, necháme radšej bokom. V ostatnom čase sa totiž ukazuje, že ak niektoré bunky v tele trpia nedostatkom, vždy sa nájdu dobrovoľníčky, ktoré odovzdaním svojich mitochondrií ochotne vypomôžu.
 
Keď nám napríklad „mŕtvička“ pridusí mozog, tak sa s neurónmi trpiacimi nedostatkom mitochondrií začnú ochotne deliť bunky nazývané astrocyty. Tentokrát nejde o mozog a darkyňami mitochondrií nie sú astrocyty, ale mezenchymálne kmeňové bunky.

Čo sú to mezenchymálne kmeňové bunky?

V literatúre sa často označujú len skratkou „MSC“ (mesenchymal stem cells). V učebniciach a slovníkoch sú opisované ako multipotentné bunky schopné obnovovať poškodené mezenchymálne a krvotvorné tkanivá. Sú schopné premeniť sa (diferencovať) na široké spektrum bunkových typov, ako napríklad bunky chrupavky, tukové tkanivá, svalové bunky, bunky srdca a dokonca aj neuróny či bunky produkujúce inzulín. Dajú sa získať z kostnej drene, z pupočníkovej krvi a u tých z nás trochu pri tele aj z faldíkov na bruchu. Vedci s nimi radi pracujú, pretože priľnú k plastickému povrchu kultivačných misiek a vytvárajú kolónie, ktoré sa napríklad pri výmene média nespláchnu do výlevky.

Ako je možné mitochondrie dostať von z bunky a pretlačiť ich cez membránu tej druhej?

Mitochondrie sú organely, akási obdoba telesných orgánov na úrovni bunky. Z toho vyplýva, že to nie sú žiadni drobci. V porovnaní s molekulami živín, hormónov a pod., ktoré vďaka svojej nepatrnosti bez problémov prechádzajú cez membránu, je v tomto prípade rozdiel asi ako medzi meňavkou a slonom. Bunky si preto na odovzdanie musia najprv postaviť akýsi tunel. Vedcom sa nepáčilo slovo tunel, a tak tomu odborne hovoria membránové nanotunelíky.

Pokusy na myšiach s poškodenými pľúcami ukázali, že odovzdávanie mitochondrií dokáže robiť divy. Keď vedci svojim štvornohým pacientom aplikovali do priedušnice ľudské mezenchymálne kmeňové bunky (ochotné podeliť sa o svoje mitochondrie), došlo k masívnemu prevodu mitochondrií do buniek tvoriacich epitel myších pľúcnych alveol. Spolu s tým rástla aj metabolická aktivita pľúcnych buniek a zlepšila sa aj funkcia pľúc.
 
V našom zozname kšeftovania s mitochondriami v mozgu a pľúcach si môžeme odškrtnúť aj tretiu položku – zlepšenie funkcie imunitného systému. Extra porciu mitochondrií vedia využiť aj makrofágy. Zlepšuje im to fagocytózu. Laicky povedané, zvýšia im apetít a oni potom „zhltnú, čo im príde do cesty“. V prípadoch hroziacej infekcie je veľmi cennou devízou veľké upratovanie všetkého, čo v organizme nemá čo robiť vrátane vírusových partikúl a napadnutých či rozpadnutých buniek.

Je tu ale ešte niečo!

Zatiaľ sme MSC (mezenchymálne kmeňové bunky) vychvaľovali za to, čo všetko zvyšujú. Teraz pritvrdíme. Odovzdaním svojich mitochondrií dokážu niečo aj tlmiť. A práve to je pravdepodobne ten najdôležitejší poznatok čilských výskumníkov – zníženie GVH reakcie. Teraz na chvíľu odbočíme, aby sme si vysvetlili, čo GVH reakcia je a prečo by nás mala zaujímať.
 
Keď nám transplantujú nejaký orgán a nie sú pritom dodržané určité kompatibility, s tkanivami cudzieho orgánu sa náš imunitný systém prestane po čase kamarátiť a odhojovacou reakciou ho zlikviduje. Ale pozor, ani v prípade, že sa naši obrancovia s transplantovaným tkanivom popasujú, nemáme ešte vyhraté. Naše bunky sa nemusia zapáčiť bunkám darcu. A je úplne jedno, kto v tejto bitke začne strieľať ako prvý. Výsledkom je vždy zápal a koniec je rovnaký. Prípadom, keď bunky preneseného orgánu (štepu) vytiahnu do boja proti telu hostiteľa, sa hovorí GVH reakcia (z anglického „graft versus host“, čiže „štep proti hostiteľovi“). To bolo predmetom štúdie, o ktorej je tento článok.

Prečo sa vedci zaoberali GVH reakciou?

V skutočnosti im nešlo o to, ktoré bunky proti komu a čomu bojujú, ale o „silu GVH reakcie“. GVH reakciu využili len ako akési „meradlo“ nabudenosti imunitného systému. S jeho pomocou zisťovali, ako dodanie mitochondrií ovplyvní jeho „silu“. Logicky sa dalo predpokladať, že podobne ako v prípade zvýšenia výkonnosti buniek pľúcneho epitelu a makrofágov, aj imunitný systém sa po extra porcii mitochondrií vo svojej reakcii GVH pochlapí a vyvolá razantnejší a silnejší zápal. Opak bol pravdou.

Nech už vedátori imunitného systému dodali mitochondrie prostredníctvom kmeňových mezenchymálnych buniek, alebo z nich najprv mitochondrie izolovali a ponúkli ich bielym krvinkám len tak priamo (bez sprostredkujúcich buniek), výsledok bol vždy rovnaký. Imunitné bunky ponúknutý dar ochotne prijali, a čo je najdôležitejšie, tlmilo to zápal.

Umelé navyšovanie mitochondrií zvyšuje metabolickú aktivitu buniek pľúcnych mechúrikov. Tlmí zápal. Zmenšuje poškodenie pľúc a zlepšuje u pacienta zásobenie tkanív kyslíkom.

Pre nás je asi zbytočné zachádzať do podrobností, že liečba ovplyvnila predovšetkým istý typ bielych krviniek, ktoré sa nazývajú T-bunky. Že po tom, ako si ponúknuté mitochondrie privlastnili, zmenili svoje správanie (génovú expresiu)... Stačí, keď si z toho odnesieme vedomosť, že to tlmilo vášne imunitného systému a ten sa potom nenechal len tak niečím vytočiť.

Prečo by to malo byť dôležité?

Pretože pravdepodobne tu máme nový spôsob liečby mnohých autoimunitných chorôb. Ich spoločným menovateľom je totiž práve zmätený a prehnane reagujúci imunitný systém s chronickými zápalmi a stratou funkcie postihnutého orgánu.

Universidad de los Andes, Santiago – Univerzitné pracovisko väčšiny autorov publikácie. (Zdroj: ULA)

Inventúra

Umelé navyšovanie mitochondrií zvyšuje metabolickú aktivitu buniek pľúcnych mechúrikov. Tlmí zápal. Zmenšuje poškodenie pľúc a zlepšuje u pacienta zásobenie tkanív kyslíkom. To všetko sa nevyhnutne musí zdať ako sen všetkým, ktorí majú niečo dočinenia s akútnou respiračnou tiesňou.

Ponúka sa aj otázka, ktorú v čase konania pokusov čilskí lekári nemohli predpokladať: Nedala by sa mitoterapiou znížiť smrtnosť infekcie COVID-19? Veď pri nej tiež ide o prehnanú imunitnú reakciu a postihnutie pľúc. Odpoveď možno poskytujú pokusy čínskych vedcov zo Southwest University v Chongqingu. Tí sa pred časom zaoberali terapiou mitochondriami. Intravenóznymi injekciami mitochondrií z mladých zvierat sa im podarilo u starých myší zlepšiť kognitívne a motorické výkony. Keď zvážime, že najohrozenejšou kategóriou pri COVID-19 sú staršie osoby, teda s mitochondriálnou dysfunkciou súvisiacou s vekom...

Vráťme sa ale k pokusom čilských vedcov a dešifrujme ich slová o predklinických testoch s ľudskými bunkami. Treba si uvedomiť, že nehovoria o pokusoch na ľuďoch, ale na myšiach, geneticky upravených tak, že sa na nich s ľudskými bunkami dá experimentovať. Je krajne nepravdepodobné, že by pripravované klinické overenie na ľuďoch dopadlo inak. Pesimisti sa ale obávajú niečoho iného. Komplikácií zo strany anti-GM aktivistov, nátlakových náboženských skupín a zástancov oháňajúcich sa predbežnou opatrnosťou. Ide totiž o liečbu, ktorá je vo svojej podstate tvorbou ľudských chimér. Optimisti naopak dúfajú, že sa všetkým podarí vysvetliť, že pri krvných transfúziách dochádza prakticky k tomu istému procesu (prenosu mitochondrií) a že snáď zvíťazí zdravý rozum a snaha zachraňovať ľudské životy.

Záver

Bez toho, že by to čilskí vedci plánovali, zverejnením svojej práce do značnej miery znevážili súčasné pravidlá, na základe ktorých je u pacientov s COVID-19 možné začať liečbu transfúziou. Zatiaľ je povolené len podávanie rekonvalescentného séra. Zjednodušene povedané, podať sa môže len krv od uzdraveného človeka, ktorý chorobu prekonal a v jeho životodarnej tekutine koluje patričné množstvo protilátok namierených proti koronavírusu. Ako ale Čiľania dokázali, zvýšené šance na prežitie by poskytla aj transfúzia od darcu, ktorý koronavírusovú infekciu neprekonal a ktorý žiadne protilátky proti koronavírusu nemá, a to vďaka prenosu mitochondrií. Či, kedy a ako na nový poznatok (napríklad úpravou nových smerníc, z ktorých by bola odstránená nutnosť vysokého titra protilátok) zareagujú americká FDA, Európske centrum pre prevenciu a kontrolu chorôb (ECDC) alebo domáci ŠÚKL, je ťažké odhadnúť. 

Článok bol prijatý od autora 21. 4. 2020. 


Literatúra

  1. Zizhen Zhao, et al.: Improvement of cognitive and motor performance with mitotherapy in aged mice. Int J Biol Sci 2020; 16(5):849-858. doi:10.7150/ijbs.40886

  2. Angela C Court Recart, et al.: Mitochondrial transfer from MSCs to T cells induces Treg differentiation and restricts inflammatory response, EMBO reports (2020). DOI: 10.15252/embr.201948052

Hodnotenie článku

inVitro 2/2020

Koronavírus

Tento článok sa nachádza v čísle InVitro 2/2020 Koronavírus. Ak máte záujem o časopis v tlačenej verzii, ozvite sa nám.
Objednať inVitro