Laureátkou Ceny Wernera von Siemense za rok 2024, která získala Ocenění za vynikající kvalitu ženské vědecké práce, je Mgr. Dáša Bohačiaková, Ph.D. z Lékařské fakulty Masarykovy univerzity v Brně. Dáša Bohačiaková se již od bakalářského studia zabývá výzkumem kmenových buněk, za který již získala mnoho akademických ocenění. V současné době se specializuje na modelování Alzheimerovy nemoci a nádoru mozku s využitím kultivačních modelů mozkových organoidů – „minimozků“ ve zkumavce.
Jak se vám líbil slavnostní galavečer předávání Cen Wernera von Siemense?
Líbil, byl to pěkný zážitek. Byla to pro mě čest, že jsem tam mohla být, a bylo to velmi zajímavé.
Proč zrovna kmenové buňky? Jak jste se dostala k tomuto tématu?
Vystudovala jsem molekulární biologii a genetiku na Přírodovědecké fakultě Masarykovy univerzity v Brně a už během bakalářského studia jsem začala pracovat v laboratoři doc. Hampla a prof. Petra Dvořáka na Biologickém ústavu Lékařské fakulty MU, kde se zabývali výzkumem kmenových buněk. Toto téma mě natolik zaujalo, že jsem si řekla, že to je „to ono“. Že to je téma, kterému se chci v životě věnovat. Protože kmenové buňky jsou obrovsky zajímavé. Jednak kvůli tomu, že se samoobnovují, tzn. že jich máme de facto nekonečné množství, ale především pak proto, že se z nich může stát jakýkoliv typ buněk lidského těla. „V rukou“ tedy máme buňky, ze kterých si můžeme vyrobit neurony, buňky srdce, plic, v podstatě cokoliv.
Jak se to v praxi dělá? Jak to buňce „řeknete“, čím má být?
Kmenová buňka se jmenuje „kmenová“ proto, že se nachází na začátku vývoje příslušného vývojového stromu, takže vlastně sama ještě „neví“, čím bude. Během přirozeného vývoje dostává buňka signály z okolí – z povrchu a od okolních buněk, a to prostřednictvím malých molekul. Přesně toto se snažíme simulovat v Petriho misce tím, že buňku nasadíme na speciální povrch a „přisypeme“ k ní ty správné malé molekuly. Mimikujeme tedy podmínky, které jsou in vivo ve vývoji. Kmenová buňka na to zareaguje tak, že se z ní stane buňka, kterou si přejeme. To je nejklasičtější metoda.
Dnes se už ale také přišlo na to, že aby buňky byly kmenovými, musejí mít v sobě zapnutý určitý „program“, tzn. geny, které jsou odpovědné za výrobu proteinů, které pak všechno řídí. Říkáme jim master regulátory. A kupodivu jich není moc, jsou jen tři a někdy dokonce pouze jeden. Novodobé přístupy pracují s tím, že se v kmenové buňce zapnou tyto příslušné geny a čeká se. Pokud má kmenová buňka správné podmínky k životu a dostatek živin, během 2-3 týdnů se přemění na požadovanou buňku, v našem případě například neuron.
Vaše ocenění se týkalo organoidů. Předpokládám, že organoid není to stejné jako orgán. Co to tedy vlastně je?
Je to zajímavá technologie, která se objevila asi před 10 lety. Kmenové buňky, které nejsou specializované a mohou se stát jakoukoliv buňkou lidského těla, se také mohou samoorganizovat. V praxi to vypadá tak, že je dáte do Petriho misky, kde mají připravené správné médium, a necháte je tam jen tak volně plavat. Po nějaké době začnou být patrné malinké prostorové kuličky, které mají na začátku pár mikrometrů a dorostou až do 2 mm. A začnou se samoorganizovat a začnou vytvářet organoidy, v našem případě minimozečky. Dnes existují organoidy nejrůznějších typů: oko, plíce, střevo apod. My jsme se vždy specializovali na nervové buňky, proto jsme se rozhodli, že si osvojíme technologii výroby cerebrálních čili mozkových organoidů.
Dá se říct, že je vývoj minimozečku v laboratorních podmínkách podobný či dokonce stejný jako vývoj mozku v lidském plodu?
Ano, úplně přesně. Kmenové buňky opravdu mimikují vývoj lidského mozku v Petriho misce. Na začátku se vytvoří progenitory nervových buněk, které se samozorganizují natolik, že se v minimozečku vytvoří vrstvy neuronů, což je typické pro lidský mozek. Poté se začnou vytvářet podpůrné buňky neuronů – glie. Je to extrémně zajímavé, protože najednou máte zmenšenou podobu mozku v Petriho misce. Díky tomu můžeme nejen zkoumat vývoj mozku, ale i nejrůznější choroby.
Jak to dlouho trvá, než vám v Petriho misce vyroste použitelný minimozeček?
Trvá to zhruba 30 až 120 dní podle toho, jak chceme, aby byly tyto vypěstované mozkové buňky staré.
Opravdu dokážete v Petriho misce modelovat také konkrétní nemoci?
Ano, je to tak. Můžeme si například vyrobit minimozeček z kmenových buněk odebraných z pacienta s Alzheimerovou nemocí a dívat se na to, jak Alzheimerova nemoc vzniká. Samozřejmě, že to není tak jednoduché, jak to tu zjednodušeně vysvětluji. Například jsme se museli naučit, jak analyzovat projevy Alzheimerovy nemoci – cerebrální organoidy nemůžeme prozkoumat, jestli zapomínají anebo ne. A jen toto nám trvalo několik let. Dnes už víme, že tuto nemoc provázejí jisté shluky proteinů, které umíme detekovat. No a teď jsme ve fázi, kdy zkoumáme, jak se stane, že se začnou vytvářet.
Pomyslnou třešničkou na dortu je, že jsme si před pár lety osvojili technologii sekvenování jednotlivých buněk. V každém modelovém organoidu je již několik milionů buněk. Umíme takový organoid zpětně rozdělit na jednotlivé buňky a každou jednu tuto buňku sekvenovat, tzn. že můžeme přesně určit, které geny jsou v ní vypnuté a které zapnuté. Na základě toho pak můžeme stanovit identitu jednotlivých buněk. Zjistili jsme, že ve zdravém organoidu máme hodně pěkně vyvinutých neuronů, hodně neuronů, které ještě nebyly pořádně vyvinuté, našli jsme tam buňky oka a podpůrné gliové buňky. Stejným způsobem jsme osekvenovali také organoidy s Alzheimerovou nemocí a v nich jsme našli neurony, které jakoby předčasně zestárly. Viděli jsme předčasné stárnutí v Petriho misce. To je další indície, které se teď věnujeme.
Máte na to už nějakou hypotézu?
… Ne, nemáme.
Čím je limitovaný vývoj organoidů v Petriho misce? Proč se, v podstatě tak brzy, zastaví?
Limitované je to tím, že tento minimozeček nemá žádné cévní zásobování, takže zde nastává problém s výměnou plynů. Od určité velikosti začne být jádro tzv. hypoxické, tzn. že má málo kyslíku. Lidi se snaží tento problém vyřešit nejrůznějšími způsoby, a to jak in vitro pomocí různých technologií, tak i transplantací lidských organoidů do zvířecích modelů.
Jak jste se vlastně dostali konkrétně k výzkumu Alzheimerovy nemoci?
V roce 2014 jsem se vrátila z několikaletého pracovního pobytu v Americe a získala vlastní malý grant, který mi umožnil začít využívat kmenové buňky, které jsem vyrobila ve státech. Postupně jsme došli k tomu, že by bylo zajímavé udělat modelování nějaké nemoci. V té době nás oslovili, jestli bychom se nechtěli přidat ke konsorciu laboratoří studujícich Alzheimerovu nemoc. Vyhodnotili jsme to jako dobrý cíl. Že to bude zajímavé nejen pro nás, ale také z pohledu různých spoluprací, které se začínaly rýsovat a vlastně stále probíhají. To nás posunulo o hodně dále.
Jakmile jsme dokončili vývoj technologie a měli ji v rukách, vynořily se další možnosti jejího využití. V posledních pěti letech se například věnujeme také výzkumu glioblastomů, čili mozkových nádorů. Minimozečky ze zdravých jedinců se totiž dají použít jako nosič pro nádor mozku. To je extrémně zajímavý kultivační systém tvořený mikroporostředím zdravého minimozečku, na který je nasazen nádor, který byl odebraný z lidských pacientů. Na tomto modelu můžeme zkoumat interakci tohoto zdravého mikroprostředí se nádorem. To je extrémně zajímavá druhá větev našeho výzkumu.
Jaké máte plány do budoucna?
V současné době uvažujeme o tom, že bychom začali s jistou komercializací, tzn. že bychom některé věci začali nabízet jako placenou službu s garancí kvality. Protože se zabýváme modelováním nemocí, nabízí se nabídnout tyto služby farmaceutickým firmám na testování léčiv.
Druhou z mých myšlenek je, že bychom se pokusili z našich modelů vyrobit konkrétní biotechnologický produkt. K tomu směřujeme. Nedávno jsme si najmuli dva odborníky na bioinformatiku a doufáme, že se vydáme i cestou umělé inteligence. Už dva roky běží náš projekt, který jsme nazvali Atlas Alzheimerovy nemoci, což je vlastně buněčný atlas. Ve světě se začíná hodně dělat to, že se metodou buněčného sekvenování ocharakterizují v čase jednotlivé buňky z daného organoidu. Díky tomu vidíte vývoj celebrálního organoidu z bodu nula. Dělají se zdravé vývojové atlasy a nás napadlo udělat atlas Alzheimerovy nemoci. Věřím tomu, že by pak mohlo jít použít nějaký typ machine learningu ke stanovení klíčových bodů, které vedou ke vzniku patologie. Čili zjistit, proč začnou neurony předčasně stárnout. Na tom teď pracujeme.
Myslíte, že vám úspěch v Ceně Wernera von Siemense může pomoct, abyste zrealizovali, co si přejete?
Pro nás je to především obrovská reklama. A pro mě osobně i vzpruha, poněvadž mám za sebou rok ve znamení neúspěšných grantových žádostí. V posledních dnech dostávám spousty mailů, kde nám lidi píšou, jak je to skvělé, že jsme tu cenu získali, a gratulují nám k ní.
Pro mě to vždy byla soutěž, do které se naši studenti pravidelně hlásili, ale nevím o nikom, kdo by došel do finále. I v našem oboru je to chápáno jako prestižní ocenění.
