Potřebuji dodat více surovin pro svou stavbu – můžete vytvořit odbočku z hlavní silnice a postavit sem novou cestu? Tak nějak by vypadala prosba nádoru o přísun dalších živin. Silnice je v tomto případě samozřejmě céva. Buňky spolu skutečně dokážou obdobně komunikovat, třebaže ne pomocí slov, nýbrž molekul. Přesto je jejich „domluva“ velmi sofistikovaná a zcela jí nerozumíme. Přesněji řečeno, nerozumíme jí skoro vůbec.

Mezibuněčná komunikace vstupuje do hry i při léčbě. Rakovinné buňky se potřebují dělit. K tomu ale spotřebovávají mnoho stavebního materiálu produkovaného buněčným metabolismem, zejména metabolitů zvaných nukleotidy – základních stavebních kamenů pro tvorbu DNA či RNA. Buňky mají jen dvě možnosti, jak je získat: buď z vnějšího prostředí, nebo si je musí samy vyrobit.

Každá buňka má svůj metabolismus a v rámci toho vytváří živiny jako vedlejší produkt. Některé sama spotřebuje, jiné vyloučí; ty pak může využít jiná buňka v okolí. Také v této fázi se uplatňuje společná „řeč“. Některé rakovinné buňky si jako by říkají o větší přísun metabolitů, jiné je na základě jejich „objednávky“ dodávají. Jak přesně tento mechanismus funguje a jak by jej šlo využít při léčbě, zkoumá Kateřina Rohlenová z Biotechnologického ústavu AV ČR: „Co se děje uvnitř rakovinných buněk, už celkem dobře víme. Chceme zmapovat, co se děje v jejich okolí.“

Kateřina Rohlenová získala v roce 2022 ERC Starting grant. Evropská unie tímto způsobem každoročně podporuje výzkumné pracovníky, kteří se chystají sestavit vlastní týmy a zahájit nezávislý výzkum.

Historické okénko

Myšlenka, že rychlejšího růstu by se dalo využít pro léčbu rakoviny, není nová. Naopak, právě na tomto principu funguje chemoterapie od začátku. Pro upřesnění: v případě pojmu „chemoterapie“ jde o termín nadřazený, označuje se jím jakákoli léčba kteréhokoli onemocnění uměle vytvořenou látkou, třeba i léčení bolesti hlavy ibuprofenem; nádorová chemoterapie využívá tzv. cytostatika – tedy látky, které jsou pro buňky toxické. Zkrátka zastavují jejich buněčný růst, dělení. Naneštěstí nejen nádorových.

Podívejme se nejprve krátce do historie. První pokusy o chemoterapeutickou léčbu nádorového bujení se udály za druhé světové války, když si lékaři všimli úbytku bílých krvinek u námořníků v Itálii zasažených yperitem. Průlomem v léčbě metastázujících rakovin byl metotrexát.

Poprvé jej připravili v roce 1947, k léčbě nádorů se používá od roku 1956 dodnes (a nejen v onkologii, ale i v revmatologii a dermatologii). Jde o antimetabolit kyseliny listové. Zjednodušeně řečeno, zabraňuje tvorbě látky nezbytné pro tvorbu DNA. V roce 1957 vědci objevili fluorouracil – antimetabolit purinových bází (tedy přímo základních stavebních kamenů DNA a RNA). Rovněž se tato látka používá dodnes.

Princip stavby

Když rakovinným buňkám zabráníme, dejme tomu právě zmíněnými dvěma léčivy, aby tvořily další DNA či RNA, nemohou se dělit, produkovat proteiny a zvětšování nádoru se zastaví. V čem je tedy háček? (Kdyby tam žádný nebyl, léčili bychom rakovinu stejně úspěšně jako třeba angínu.) Buňky umí léčbu obcházet, takže vzniká rezistence. Proč? Nevíme.

„Snažíme se zjistit, jak k tomu dochází v přirozeném prostředí nádorů. Rakovinné buňky totiž nikdy nejsou v nádoru samy. Interagují se zdravou tkání,“ objasňuje směr svého výzkumu Kateřina Rohlenová. „I když slovo zdravá není v tomto kontextu přesné. I nerakovinné buňky uvnitř nádoru se chovají jinak, než běžné buňky stejné tkáně na jiném místě. Jen přesně nevíme jak. A právě to chceme také zjistit.“

Příležitost k tomuto výzkumu otevřely nové metody vyvíjené v posledních letech. Nyní je možné studovat komunikaci prostřednictvím metabolitů až na úrovni jednotlivých buněk. Zároveň ale lze data zkombinovat s jiným typem laboratorního postupu, který se naopak soustředí na rozložení buněk v nádoru.

V ideálním případě by výsledkem byla jakási mapa, jak se které buňky chovají a komunikují, jak mají nastavený vlastní metabolismus, jak využívají své či cizí stavební kameny, a podle toho by se pak jednoho dne dala hledat efektivní léčba. „Je to ale běh na dlouhou trať, jsme teprve na začátku. Cíl může být vzdálen deset patnáct let,“ upozorňuje Kateřina Rohlenová.

Tým Kateřiny Rohlenové se snaží porozumět základní biologii výměny nukleotidů v nádorech a zdravé tkáni, identifikovat „Achillovy paty“ rakovinných buněk v jejich přirozeném prostředí a odhalit nové koncepty pro terapii.

Sama o tom něco ví, jako doktorandka pracovala v týmu Jiřího Neužila, rovněž z Biotechnologického ústavu AV ČR, kde se zaměřovala na rakovinu prsu. Přesněji řečeno zkoumala mechanismus účinku protirakovinné sloučeniny MitoTam, která nedávno úspěšně prošla první fází klinických studií. Od objevu látky to trvalo přibližně dekádu. „Sleduju jeho osudy dále, nedávno se podařilo publikovat zprávu o výsledcích první fáze testů, kde figuruji ještě jako spoluautorka. V současnosti už ale MitoTam není tolik o vědě, jako spíš o jednáních s investory.“

Kateřinu Rohlenovou však lákal vlastní výzkum. Po návratu z postdoktorského angažmá v Belgii proto založila v Biotechnologickém ústavu AV ČR laboratoř buněčného metabolismu, sídlící – ostatně jako celý ústav – v areálu centra BIOCEV ve Vestci kousek za Prahou. Nejprve v ní figurovala skoro sama, se dvěma studenty a se svým manželem Jakubem, odborníkem na metabolismus nádorů. Aby toho nebylo málo: „Laboratoř jsem zakládala těhotná,“ prozrazuje. Dnes již pracuje naplno, a dokonce získala prestižní ERC Starting grant. Nejen díky němu má její laboratoř 12 zaměstnanců.

Zpět do Česka

Ne každý nadějný, či dokonce úspěšný český vědec se ze zahraničního působení vrací do vlasti. Poslední dobou se trend naštěstí pomalu obrací. Kateřina Rohlenová je toho příkladem. Zpět ji přilákala nejen možnost postavit si vlastní výzkumný tým a laboratoř, ale také vědecké podmínky, které v centru BIOCEV může využívat. Jeho součástí je totiž České centrum pro fenogenomiku (pozn. redakce: AV ČR o něm psala v č. 2/2019). „Jde i v mezinárodním kontextu o špičkové pracoviště,“ vysvětluje Kateřina Rohlenová.

Experimentální myši umožňují výzkum rakovinných buněk v jejich přirozeném prostředí.

Právě tam připravují unikátní myší modely, které pro svůj výzkum laboratoř buněčného metabolismu potřebuje. Princip je následující. Je potřeba zjistit, kde rakovinné buňky pro své dělení získávají stavební kameny (tedy již zmíněné metabolity), pokud je samy nemají či nestíhají vyrábět. Jedním z pokusů, které Kateřina Rohlenová chystá, je situace, kdy buňky myšího modelu produkují metabolity, tedy v tomto případě nukleotidy, přičemž vědci model osadí rakovinnými buňkami, u nichž je vlastní produkce nukleotidů vypnutá. Musí se tedy spoléhat výhradně na přísun materiálu zvenku.

Nezbytný je i druhý koncept: speciální myší model, který naopak není schopen nukleotidy produkovat. Jak se na takové prostředí adaptují běžné rakovinné buňky – jak si poradí s nedostatkem stavebního materiálu? „V podstatě simulujeme efekty systémové léčby antimetabolity a zjišťujeme její dopady přímo nejen na rakovinné buňky, ale i na ostatní buňky v nádorovém prostředí, které jsou schopny nukleotidy produkovat. Naše modely nám umožní zkoumat, jak nádor reaguje na selektivní vypnutí syntézy v rakovinných buňkách i mimo ně, což nám též umožní testovat různé mechanismy vzniku rezistence,“ vysvětluje ambiciózní projekt vědkyně.

Vzdálený cíl

Pomocí podobných pokusů chce Kateřina Rohlenová zmapovat metabolickou komunikaci. Pokud má třeba nádorová buňka sníženou možnost produkce nukleotidů, kdo jsou pak potenciální dárci, kteří jí pomáhají? Když to vědci zjistí, mohou při léčbě cílit nejen na rakovinné buňky, ale i na jejich pomocníky. „Tím, že se dostaneme až k jednotlivým buňkám, budeme vědět přesně, co která z nich exprimuje. Pakliže bychom objevili například protein, který by byl specifický pro rakovinné buňky, tak by to byla výhra a můžeme léčbu cílit přímo na ně,“ říká Kateřina Rohlenová. „To se ale velmi pravděpodobně nestane.“

Dosáhnout cíle tedy bude složitější. Mimo oblast metabolismu podobné přístupy k léčbě už totiž existují, ale nejsou příliš úspěšné. I když je léčba zacílená, rakovinné buňky si nacházejí své cestičky, jak terapii obejít. Je tak potřeba zjistit, jak se buňky adaptují na léčbu a nedostatek živin, jaké dráhy začnou poté využívat…

Situaci komplikuje fakt, že rakovinné buňky napříč nádorem nejsou stejné, homogenní. Proto je potřeba získat již zmíněnou mapu. Zatím mají rakovinné buňky náskok. Jako by měly svou vlastní mapu a neustále ji překreslovaly ke své potřebě. Sem tam si nechají postavit novou silnici nebo přesvědčí buňky v okolí, aby začaly vyrábět „materiál“, který právě potřebují. Kateřina Rohlenová zkoumá, jak spolu „mluví“. Zdá se, že v komunikaci jsou nádory zatím velmi přesvědčivé.

Kateřina Rohlenová působí v Biotechnologickém ústavu AV ČR, který sídlí v centru BIOCEV ve Vestci nedaleko Prahy.

Autor: Viktor Černoch

Foto: Jana Plavec

Zdroj: Akademie věd ČR

Kateřina Rohlenová

Doktorské studium absolvovala u Jiřího Neužila v Biotechnologickém ústavu AV ČR v centru BIOCEV, kde se zaměřila na metabolismus buněk rakoviny prsu. Během postdoktorandské stáže v laboratoři Petera Carmelieta v Belgii zkoumala endoteliální buňky, které tvoří výstelku krevní stěny, a zajišťují tak prokrvení nádoru. Za svou práci získala cenu Wernera Risaua, udělovanou Německou společností pro buněčnou biologii za vynikající studie v oblasti endoteliální biologie. V roce 2020 se vrátila do Akademie věd ČR, kde založila laboratoř buněčného metabolismu.