Malí špioni nahlížejí do těla

Některé zdejší místnosti jsou obloženy novotou zářícími měděnými deskami. Díky nim fungují jako Faradayova klec, která odstíní vnitřní prostor od rušivého magnetického záření zvenčí. Olověné stínění zase chrání obsluhu před ionizujícím zářením.

Jsme v právě otevřeném Centru pokročilého preklinického zobrazování, které 1. lékařská fakulta Univerzity Karlovy postavila v jedné ze svých budov kousek od pražského Karlova náměstí. Nebylo úplně levné. „Je to největší strategická investice do vědeckého vybavení naší fakulty v její novodobé historii. Náklady na centrum, které zahrnují nákup technologií a přístrojů i stavební a technické přípravy, představují přibližně 136 milionů korun,“vyčísluje děkan fakulty Aleksi Šedo. Větší část z těchto peněz fakulta získala z evropských fondů.

Jeden z přístrojů, které tady mají, je skutečně výjimečný. Využívá tomografickou technologii zobrazování paramagnetických částic (ještě se k ní srozumitelněji vrátíme). Pár takovýchto aparatur si v zahraničí postavily laboratoře „na koleně“. Přístroj v Praze je teprve třetí na světě vytvořený komerčně, vyrobily jej ve spolupráci společnosti Bruker a Philips. Technika zabírá dvě místnosti. V jedné je vlastní zobrazovací zařízení, do něhož se vsune plastové pouzdro s uspanou myší či potkanem. Nic většího se do přístroje nevejde. V druhé místnosti je elektronika a chladicí zařízení, nezbytné pro provoz přístroje.

Vědci se učí od myší

„Kdybychom chtěli zobrazit člověka, potřebovali bychom na to dnes celé patro,“říká vedoucí centra Luděk Šefc. I k tomu jednou pravděpodobně dojde. Ale až výrobci nasbírají víc zkušeností v současném provozu.

Pražská laboratoř se bude zaměřovat na výzkumy ve stadiu, kdy ještě zdaleka není možné jejich výsledky nabídnout nemocným lidem. Tady pomáhají zvířata. Ne každý to vidí rád, ale faktem je, že bez pokusů na laboratorních zvířatech by nemohly existovat žádné moderní léky pro lidi. Ukazuje to i statistika Nobelových cen. Od roku 1901 bylo uděleno 106 Nobelových cen za nejvýznamnější pokroky v medicíně. Z nich 94 by nevzniklo bez výzkumu využívajícího laboratorní zvířata. Totéž pak platí pro všechny tyto ceny za posledních třicet let.

Nejčastěji výzkumníci používají myši, případně potkany. Jsou nenároční, ale spousta nemocí a dalších vlastností se v jejich těle projevuje stejně jako u člověka. Traduje se, že i zakladatel moderní genetiky Gregor Johann Mendel začal v brněnském klášteře dělat své první pokusy s myšmi. Ostatní mnichy tím nenadchl, a tak se raději uchýlil k experimentům s hrachem, který se dal využít v klášterní kuchyni.

Průlom přinesla osmdesátá létaminulého století, když se vědci naučili vkládat do myších zárodků konkrétní gen nebo naopak některý existující gen vyřadit z činnosti. Pozorováním takto geneticky upravené myši pak poznají, jakou roli příslušný gen v myším – a s velkou pravděpodobností i v lidském – organismu hraje. Díky tomu se dá lépe pochopit vznik geneticky podmíněných nemocí a hledat novou léčbu.

Kukátka do těla využívají rafinované finty

Otcem zobrazovacích technik je samozřejmě Wilhelm Conrad Röntgen. Při studiích výbojů v plynech zjistil, že záření, které vzniká u katody vakuové trubice, proniká různými materiály, včetně lidského těla, a podle toho, jak je při průchodu tělem utlumeno, se zobrazuje umístění kostí i vnitřních orgánů.

Rentgenové paprsky jsou užitečné i v moderních přístrojích, které vědci v novém centru mají. Třeba výpočetní tomografie, obecně zvaná zkratkou CT, dokáže snímat objekt ze všech stran a zobrazit i řezy tělem. Pacient je umístěn do tunelu přístroje, v němž kolem něj objíždí zářič rentgenových paprsků a jejich snímač. Výsledkem jsou počítačem zpracované snímky jeho orgánů zobrazené z různých úhlů.

Na jiném principu pracuje zobrazování magnetickou rezonancí (MRI). I v tomto případě je pacient vložen do tunelu v přístroji, který však vytváří magnetické pole. V něm se jádra atomů vodíku ve vodě, tvořící většinu těla, srovnají do určitého pořádku. Pak přístroj vyšle krátký pulz rádiových vln, který vodíkovým já- drům dodá energii a změní jejich uspořádání. Poté se jádra vracejí do původní formace a při tom vysílají energii rádiovými vlnami, které přístroj změří. Pozná, jak je voda rozmístěna, a zobrazí podle toho struktury uvnitř těla, protože obsah vody je v různých orgánech a tkáních odlišný a mění se také při onemocnění.

Z této metody se vyvinulo i takzvané zobrazování funkční magnetickou rezonancí (fMRI), používané pro kontrolu činnosti mozku. Umožňuje sledovat krevní barvivo hemoglobin, které má v magnetickém poli jiné chování, když nese kyslík, a jiné, když už jej odevzdalo tkáním. Díky tomu se pozná, kde se v mozku v daný okamžik kyslík spotřebovává, tedy která část mozku zrovna pracuje.

Pod zkratkou PET se zase skrývá název pozitronová emisní tomografie. Při vyšetření pacient dostane mírně radioaktivní látku s velmi krátkým poločasem rozpadu, která při rozpadu vytváří pozitrony neboli kladně nabité elektrony. Pozitrony jsou antihmota, takže když se během miliardtin sekundy setkají v těle s elektronem, zničí se (anihilují). Při tom vzniknou fotony, které přímočaře odlétají, zachytí je detektory kolem těla pacienta a sestaví z nich obrazové řezy jeho tělem.

Podání radioaktivních látek vyžaduje rovněž metoda SPECT, což je jednofotonová emisní výpočetní tomografie. V tomto případě však přístroje kolem pacienta přímo zachytávají gama záření vydávané podanou radioaktivní látkou. Počítačový program podle nich sestaví informace o aktuálním fungování vnitřních orgánů, například srdce nebo mozku.

Také zdejší přístroje pro optické zobrazení „vidí“hlouběji než oči. Zachytí bioluminiscenci vycházející z některých tkání, případně odhalí fluorescenční značku, kterou výzkumníci vpraví do těla. Vyzařované světlo však lze zachytit, jen pokud přichází z hloubky několika málo centimetrů, proto má u člověka metoda jisté limity, ale u myši bez problémů najde třeba fluoreskující nádor.

Laik by si řekl, že tolik přístrojů by mohlo vědcům stačit. Ale každá metoda má svá omezení – ve zmiňovaných případech to je používání rentgenového nebo radioaktivního záření, případně kontrastních, potenciálně nebezpečných látek podávaných pacientovi, aby se zlepšil získaný obraz.

A tím se vracíme k unikátnímu přístroji zmíněnému na začátku. Ten totiž v sobě obsahuje úplně nový princip vyšetření. Zatím existuje pouze ve velikosti pro malá zvířata.

V této laboratoři se vědci dívají zvenčí do spící myši hned několika metodami najednou. Jeden ze zdejších přístrojů je zcela unikátní; pokud se osvědčí, budou příští zařízení na stejném principu sledovat, co se děje uvnitř člověka, a odhalovat choroby, které ho trápí.

Nanoželezo donáší informace

Dostanou do těla malou dávku nepatrně velkých magnetických kousků (nanočástic), nejčastěji na bázi oxidů železa (v angličtině mají výmluvnou zkratku SPION – Super Paramagnetic Iron Oxide Nanoparticles). Metoda má název zobrazování magnetických částic (Magnetic Particle Imaging – MPI). Částečky o velikosti miliontin milimetru si počínají jako skuteční špioni. Pohybují se v těle a vměnícím se magnetickém poli vysílají do vnějších senzorů informace o tom, kde se zrovna nacházejí. Zobrazení je tisíckrát rychlejší než PET a stokrát citlivější než MRI, nevyžaduje použití nebezpečného ionizujícího záření ani kontrastních látek.

„Částice můžeme vstříknout do krevního oběhu a ony nám vykreslí kompletní cévní zásobení krví. Takže například po infarktu je hned vidět, kam nejlépe umístit stent – pružinku, která rozšiřuje a zpevňuje postiženou cévu,“popisuje vedoucí centra Luděk Šefc. „Když k nanočásticím připojíme vhodné protilátky, vyhledají nám v těle odpovídající struktury, třeba nádory. Můžeme jimi označit buňky v těle anebo třeba nosiče léků a pak sledovat, jestli lék opravdu dorazil do nemocného orgánu a jestli tam skutečně funguje.“

Podstatné je, že všechny přístroje, které v pražském centru mají, jsou navzájem kompatibilní, mohou být použity k postupnému vyšetření uspaného laboratorního zvířete všemi vhodnými metodami.

„Získané obrázky se dají sloučit, takže máme informace, které se navzájem doplňují a přesně se překrývají, protože s myší nemusí mezi vyšetřeními nikdo hýbat,“pochvaluje si doktor Šefc. „Touto kombinací dostaneme nejlepší vnitřní zobrazení organismu živého pokusného zvířete, jaké je dnes ve světě možné udělat.“

I zakladatel moderní genetiky Gregor Johann Mendel začal v klášteře dělat své první pokusy s myšmi. Mnichy nenadchl, tak přešel na hrách, který jde sníst.