Výzkum nemocí, testování kmenovými buňkami nebo zkoušení nových léků – to všechno jsou úkoly pro nové Centrum pokročilého preklinického zobrazování, které včera otevřela 1. lékařská fakulta UK. Unikátní pracoviště zařízené na zobrazování myších modelů vzniklo díky penězům z EU a má sloužit vědcům z celého světa. Těm může nabídnout novou technologii zobrazování paramagnetických částic (Magnetic Particle Imager, MPI), kterou má jako třetí pracoviště na světě, a také jedinečnou možnost kombinace celé řady zobrazovacích technologií umožňující získat mnohem více informací.
„V experimentální oblasti se dostáváme do naprosté ostří naší vědy v této oblasti, které umožňuje zkoumání problematiky v onkologii, imunologii, hematoonkologii a jiných disciplínách metodami, které nejsou všeobecně dostupné. Některé z nich jsou legendární a ještě budeme dále v jejich vývoji pokračovat spolu s výrobcem, aby se postupně dostávaly i do klinické medicíny,“ říká děkan 1. Lékařské fakulty UK Aleksi Šedo. „Jde o investici unikátní nejen v České republice, ale i v evropském vědeckém prostoru,“ potvrzuje rektor Univerzity Karlovy Tomáš Zima.
Proč je centrum koncipováno právě na výzkum na myších? „Laboratorní zvířata se stávají stále důležitější součástí biomedicínského výzkumu,“ poukazuje Luděk Šefc, vedoucí Centra pokročilého preklinického zobrazování 1. LF UK s tím, že ze 106 udělených Nobelových cen v medicíně se 94 týkalo výzkumu využívajícího laboratorní zvířata. Například v roce 2007 získalo ocenění zjištění, že je možné upravit genetickou informaci myší tak, že se u nich vyřadí geny kódující určitý protein. Díky tomu je možné sledovat dopady jeho absence na organizmus a zjistit tak jeho úlohu. Už v 16. století pak díky myším modelům popsal William Harvey krevní oběh.
Důvodem obliby tohoto laboratorního zvířete je fakt, že je myš člověku velmi blízká – rozdíl je ve zhruba jednom až dvou procentech genomu. Ve výzkumu se používají také myší modely, kdy myš trpí onemocněním odpovídajícím lidskému. Léčbou myši se tak výzkumníci vlastně učí léčit i člověka. Celkem přitom mají k dispozici kolem 280 kmenů myší, které jsou např. spontánně obézní, trpí diabetem, neurodegenerativními chorobami, poruchami imunity, leukémií a dalšími nemocemi. Myším s defektem imunitního systému je navíc možno transplantovat lidské buňky, u nichž pak lze pozorovat, jak odpovídají na léčbu. Odborníci také mohou některé buňky označit a sledovat, jakou úlohu v organizmu hrají.
Těžit bude plastická chirurgie i neurovědy
„Důležitá součást našeho zobrazovacího centra i zobrazovacích center jako takových je možnost testování různých léčiv. Můžeme studovat jejich farmakokinetiku, farmakodynamiku či po vstříknutí do krevního oběhu vidět, jak putují organizmem a zda se dostávají do místa, kde je léčebný účinek potřeba. Zároveň lze sledovat, zda tkáň opravdu na léčivo odpovídá,“ vysvětluje doktor Šefc.
Jaký výzkum tedy nyní poběží? „Naše výzkumná skupina se zabývá kmenovými buňkami, jejich využitím v hematologii. Kromě toho máme kontakt s asi deseti skupinami, které se u nás předběžně přihlásily, že by tu chtěly provádět svůj výzkum. Mezi ně patří skupiny, které dělají neurovědy, kardiovaskulární výzkum, výzkum infekčních onemocnění či imunity – tedy ze všech oblastí medicíny včetně plastické chirurgie, která si hodně slibuje od využití kmenových buněk. Potřebuje totiž vědět, jak přispívají k opravě daného orgánu či tkáně,“ vypočítává Luděk Šefc.
Centrum umožňuje jak anatomické (CR, MR), tak molekulární zobrazování, které dovoluje sledovat probíhající procesy. K tomu se používají fluorescenční látky nebo radioaktivní izotopy (PET). Žhavou novinkou na tomto poli je zobrazování magnetických částic, přičemž MPI umožňuje přímé sledování paramagnetických částic vstříknutých do organizmu. V novém pražském centru je přitom umístěn teprve třetí komerční přístroj tohoto druhu na světě a první mimo Německo, kde byl vyvinut.
V budoucnu budou špióni pomáhat i lidem
Jak přístroj funguje? Když se paramagnetické částice (přesně superparamagnetické částice oxidů železa, tzv. SPIONs čili špióni) dostanou do magnetického pole, zmagnetují se. Technologie generuje oscilující magnetické pole, které částice remagnetuje, takže je možné sledovat, kde se nacházejí. Po vstříknutí do oběhu tak lze v reálném čase vykreslit kompletní cévní zásobení, je ale možné označit i některé buňky a sledovat, jak se v organizmu pohybují, nebo označit lékové nosiče a makromolekuly. Výsledkem je velmi rychlé zobrazení tvořící film, které je tisíckrát rychlejší než PET a stokrát citlivější než magnetická rezonance. Metoda zároveň nezpůsobuje žádnou radiační zátěž a také nevyžaduje použití potenciálně alergizujících toxických jódových sloučenin pro zvětšení kontrastu, jak se používají v angiografii.
„V budoucnu by tyto přístroje měly být instalovány na velkých klinikách. Po nástřiku magnetického kontrastu bude možné pacienta sledovat, vytvořit obraz krevního řečiště a v případě ucpání cévy při infarktu nebo srdečních onemocněních najít pozici, kam je třeba umístit stent. Metoda je důležitá proto, že umožní netoxickou angiografii. Pacienti s poškozením ledvin totiž dnes mají asi 30 procentní riziko vážného poškození kvůli kontrastní látce. To ztrojnásobuje úmrtnost těchto pacientů. Magnetický kontrast je oproti tomu netoxický a už schválený pro použití u pacientů. Může tak u problematických pacientů nahradit CT,“ přibližuje Luděk Šefc s tím, že v humánní medicíně by technologie mohla být dostupná během několika let. Zatím je ale přístroj určený ke zobrazení myši tak velký, že zabere dvě místnosti – aby tedy nepotřeboval v lidské medicíně celé patro nemocnice a byl cenově dostupný, je třeba ještě další vývoj. Navíc u myší je možné použít přístroj na zobrazení celého těla, což u člověka není možné, protože v současnosti nelze vytvořit tak velký magnet. Magnet bude proto v humánní medicíně jezdit okolo těla a snímat řezy, podobně jako u CT či MR.
Největší technologická investice od dob Karla IV.
Technologie MPI však není jediným důvodem, proč je centrum unikátní. Jsou v něm totiž dostupné téměř všechny existující zobrazovací technologie, které jsou navzájem kompatibilní. Uspané zvíře je tak možné vyšetřit na všech přístrojích a pak získané obrazy sloučit. Vědci přitom mohou vedle MPI využít výpočetní tomograf (CT), magnetickou rezonanci (MRI), pozitronový emisní tomograf (PET), jednofotonový výpočetní tomograf (SPECT) i optický zobrazovač. Díky tomu je možné získat překryv až šesti metod a o pozorovaném objektu získat mnohem více informací. „Například při pozorování nádoru můžeme současně znázornit nádor (pomocí PET) v pozici podle kostry (CT), měkkých orgánů (MRI), cévního řečiště (MPI), pozorovat množství mrtvých buněk (SPECT) a také třeba akumulaci fluorescenčně značených imunitních buněk (optické zobrazení),“ přibližuje doktor Šefc.
Nové centrum, v němž bude probíhat jak základní, tak aplikovaný výzkum, mohlo vzniknout díky penězům z evropských fondů. Protože ale Praha v uplynulém čerpacím období jako vyspělé město na finance nedosáhla, mohla 1. Lékařská fakulta na projekt žádat až v rámci tzv. pražské výzvy vyhlášené MŠMT pro pražské vysoké školy v roce 2013. Díky té mohlo peníze čerpat celkem 19 projektů, z toho 11 na Univerzitě Karlově. Centrum, jehož výstavba byla kvůli časové náročnosti dané omezeným obdobím na čerpání financí velmi svízelná, nakonec přišlo na 115 milionů korun, z toho 68 procent bylo hrazeno z Operačního programu Výzkum a vývoj pro inovace.
„Jde o největší technologickou investici od dob založení univerzity Karlem IV.,“ konstatuje děkan Šedo. Infrastrukturu bude vedle českých a zahraničních vědců využívat také pět tisíc studentů a téměř pět set doktorandů.
Michaela Koubová
