Kako matična celica ve, kdaj naj ostane, kar je

Ena molekula, veliki pok, vesolje, nove galaksije, matična celica, mezoderm, endoderm in ektoderm. Če bi omenjenim ključnim besedam – kot v kakšnem znanstvenem kvizu – dodali še pojme DNK in regulacija RNK, bi lahko sestavili slikovito razlago o tem, kako nekakšen »veliki pok« v matični celici sproži nastanek treh celičnih linij in začetek življenja ...

Naštete besede v najrazličnejših povezavah, od temeljnega raziskovanja in razumevanja matičnih celic prek različnih procesov, ki uravnavajo zgodnji razvoj zarodka ter plastičnosti matičnih celic, so bile tudi rdeča nit nedavne prve mednarodne konference o plastičnosti matičnih celic (Stem Cells Plasticity) za študente slovenskih univerz, organizirane na Biotehniški fakulteti Univerze v Ljubljani (cellomix.com/conference2014). Njena posebnost je bila, da so jo v celoti organizirali kar študenti sami. Pobudnik zanjo pa je bil naš sogovornik Miha Modic, slovenski doktorski študent in raziskovalec na Inštitutu Maxa Plancka za biokemijo in na Nemškem nacionalnem raziskovalnem centru za zdravje in okolje Helmholtz Zentrum v Münchnu.

Preden se podrobneje posvetimo aktualnim novostim, ki jih prinaša raziskovanje matičnih celic, povejte kaj o svoji študijski poti in znanstvenoraziskovalnih inštitucijah, kjer ste zdaj že dobri dve leti ...

V Ljubljani sem nekaj časa hkrati z biotehnologijo na Biotehniški fakulteti, študiral tudi pravo in se zato že zgodaj odločil za nadaljevanje študija v Münchnu, kjer je znana evropska prestolnica patentov. Tam sem na študijski praksi v patentni pisarni hkrati pripravljal diplomo iz biotehnologije, a na koncu je le prevladala znanost. Na magistrskem študiju, ki sem ga začel v Münchnu in končal na Cambridgeu, sem se posvetil molekuli RNK v različnih kontekstih. Za to me je navdušil dr. Jernej Ule, izjemen znanstvenik in mentor, ki je podprl moje želje po nadaljnjem raziskovanju RNK. Zlasti matične celice še vedno ponujajo številna vprašanja, zato je bil zame ta preskok kar nekako logičen. Z dr. Uletom, ki se sicer ukvarja predvsem z raziskovanjem matičnih celic pri bolnikih z nevrodegenerativnimi boleznimi, še vedno sodelujem. Moj doktorski študij pa je prav tako vezan na sodelovanje z univerzo Erasmus – Medical Center v Rotterdamu na Nizozemskem, od koder je bil uvodni predavatelj na konferenci biolog Derk ten Berge, ki je govoril o pluripotentnosti matičnih celic. Zelo pomembno je in ogromna prednost, če ima mlad človek priložnost za raziskovalno delo v različnih multinacionalnih skupinah. To možnost imam tudi sam v centru Helmholtz v Münchnu v skupini Miche Drukkerja, ki je na konferenci v Ljubljani pripravil pregledno predavanje o raziskovanju matičnih celic.

Že nekaj klikov po spletnih straneh uglednega Inštituta Maxa Plancka pokaže, da gre za veliko znanstveno središče, ki je gotovo mikaven izziv za marsikaterega študenta, raziskovalca ...

Max Planck je mreža različnih inštitutov. Sam delam na področju za biokemijo, kjer je približno 700 zaposlenih. Gre za enega močnih matičnih inštitutov za raziskovanje osnovnih celičnih mehanizmov na različnih področjih, inštitut pa je zelo znan tudi zaradi uspešnega razvijanja novih tehnologij, ki bodo v prihodnje pomagale pojasniti velika znanstvena vprašanja.

Med drugim gre za razvoj tehnologij, ki omogočajo vpogled v nuklearno poro in njene spremembe, pa natančnejše spremljanje delovanja posameznih proteinov oziroma to, kako ti nadzorujejo določeno celično funkcijo. Izjemno pomemben je razvoj tehnologij, ki temeljijo na integracijah velikega števila bioloških podatkov, da bi bolje razumeli normalne in patološke procese v celici.

V tej mreži, ki samo na raziskavah zaposluje več kot 75.000 ljudi, so zelo znani tudi inštituti za nevrobiologijo, za psihiatrijo in številni drugi.

Očitno je, da jim je na Bavarskem, kjer je bilo še v 60. letih pretežno agrarno zaledje, uspelo z dobro strategijo zelo uspešno spodbuditi razvoj znanosti. Tako se prav dve münchenski univerzi in heidelberška redno uvrščajo med najboljše tako v Nemčiji kot na drugih lestvicah uspešnosti. Razvoj znanosti dobro napreduje, a še vedno zaostaja za ameriško. Zato so ob vsem drugem zelo pomembna tudi tako imenovana »tretja sredstva«, ki jih za razvoj temeljne znanosti namenjajo ne samo, na primer, farmacevtske družbe, kot je denimo Boehringer-Ingelheim, ampak tudi druge firme, ki s tem nimajo neposredne zveze, na primer Volkswagen.

Bi lahko podobno rekli tudi v vašem primeru, ko ste kot biolog pridobili štipendijo, recimo temu iz »tehničnega« sklada dr. Ota Likarja, ki ima sedež na strojni fakulteti v Ljubljani?

Da, dr. Oto Likar, ki je odšel iz Slovenije v 30. letih prejšnjega stoletja v Nemčijo in se uveljavil kot strokovnjak za statiko v gradbeništva, je še v času življenja kot mecen podpiral izobraževanje mladih Slovencev na tehniški univerzi v Münchnu. Po njegovi smrti je ostal sklad, iz katerega še danes podpirajo slovenske doktorande med študijem v bavarski prestolnici. Tako sem se tudi sam s pomočjo štipendije med študentsko izmenjavo lahko resno posvetil študiju in raziskovanju, ker se mi ni bilo treba ukvarjati z dodatnim delom za plačevanje študija.

Sicer pa, kot vemo, razvoj znanosti ni vezan na meje, raziskovalne skupine, inštitucije. Napredek omogočajo smiselne povezave strokovnjakov različnih znanstvenih področij. Dober zgled za to je delo izjemnega slovenskega strokovnjaka za bioinformatiko dr. Tomaža Curka s Fakultete za računalništvo Univerze v Ljubljani; eden njegovih študentov tudi sodeluje pri mojem projektu, pri meni pa dela še mlajša magistrska študentka iz Slovenije. In najbrž ni treba posebej poudarjati, da je, tako kot inštitut v celoti, tudi naša skupina v laboratoriju za raziskovanje pluripotentnih matičnih celic zelo mednarodna. Smo iz cele vrste držav, tako da so redno zaposleni »domačini«, torej Nemci, v manjšini.

Tako si tudi sam predstavljam, da bom po končanem doktoratu, in dodatnih strokovnih izkušnjah, zdaj sem kljub vsemu šele bolj na začetku, imel svojo raziskovalno skupino, ki bo, ne glede na to, kje bo in kako bo sestavljena, tesno sodelovala s slovensko znanostjo. Sliši se kot fraza, a dejstvo je, da primerna podpora tudi temeljnega znanstvenoraziskovalnega dela, lahko ključno pripomore k odpiranju novih tehnoloških podjetij in razvoju posameznega okolja, kar so dokazali na primer v Estoniji.

A če se vrnemo k vašemu raziskovanju regulacije zgodnjega razvoja molekule RNK, ribonukleinske kisline, ter mreže proteinov v pluripotentnih celicah, kaj je tu novega oziroma še nejasno?

Kar dobro razumemo zgodnji proces po oploditvi, kako se, kot ob velikem poku vesolje, v določenem trenutku iz matične celice začnejo razvijati tri linije celic, iz mezoderma bodo nastali srce in krvožilje, iz endoderma črevesje, pljuča in jetra, iz ektoderma pa koža in možgani. Štirinajst dni po oploditvi so že opazni zametki tkiv. Nas pa zanima stanje, ki se dogaja že prej, tri dni in pol po oploditvi, torej z blastocisto in skupkom še vedno pluripotentnih matičnih celic. Do zdaj je znanost predvsem zanimalo, kaj nadzoruje matično celico, da ohranja svojo vlogo in ostane – matična. Zdaj želimo bolje razumeti ključne mehanizme, ki sprožijo njen nadaljnji usmerjen razvoj oziroma vlogo RNK pri tem.

V nadaljevanju je potem to povezano z raziskovanjem matičnih celic, pridobljenih iz odraslih tkiv in z možnostjo varnega zdravljenja s pomočjo tkivnega inženirstva. Znano je, da so že leta 2006 dokazali, da je mogoče katerokoli človeško celico, na primer kožno, maščobno in tako naprej, reprogramirati v celico, ki je podobna matični celici. Pomembno pa je tako pridobiti predniško celico oziroma čisto kulturo, ki ne bo vsebovala niti ene matične celice, ker lahko to vodi v nastanek nevarnih tumorjev, bo pa sposobna tvoriti izbrano tkivo oziroma želen organ.

Do zdaj je znanih 14 kliničnih primerov takšnega zdravljenja. Tako so na University College v Londonu pri desetih bolnikih v okviru ene od dveh kliničnih študij na ta način iz kožnega tkiva pridobili predniške kardiomiocite in jih vbrizgali na izbrana mesta ter izboljšali opešano srčno funkcijo. Postopek se torej razlikuje od že znanega načina zdravljenja z matičnimi celicami.