Linie komórkowe w medycynie – czy to technologia, która powinna budzić obawy?

KAI: Co to są linie komórkowe?

Prof. Józef Dulak: Są to ustalone hodowle komórek, które możemy hodować w laboratoriach przez długi, a często praktycznie nieograniczony okres czasu. Hoduje się je w specjalnych urządzeniach zwanych inkubatorami, gdzie zapewnione są odpowiednie warunki ich rozwoju. Komórki te można też zamrażać i przechowywać w ciekłym azocie w praktycznie nieograniczony sposób, a następnie w zależności od potrzeb rozmrażać i dalej hodować.

W jaki sposób powstają takie linie?

Wywodzą się z komórek pobieranych od zwierząt, w tym również człowieka. Wiele z nich zostało ustalonych już wiele lat temu. Wyprowadza się też wciąż nowe linie. Jest to łatwiejsze lub trudniejsze, w zależności od tego, z jakich komórek się te linie wywodzą. Np. komórek pobranych ze skóry człowieka nie można hodować w sposób nieograniczony. Każda taka zdrowa komórka może przejść ok. 50 podziałów. Po pewnym czasie więc linia komórkowa po prostu obumiera. Niektóre rodzaje komórek można odpowiednio modyfikować, jak się mówi – „unieśmiertelniać”. Polega to zwykle na wprowadzaniu do komórek pewnego genu, który sprawia, że można je hodować w sposób praktycznie nieograniczony.

W taki właśnie sposób można natomiast hodować też pewien rodzaj komórek macierzystych, a także komórek nowotworowych. Na tym zresztą polega problem związany z komórkami nowotworowymi, że wymykają się one spod naturalnej kontroli naszego systemu genetycznego, który ogranicza liczbę podziałów. Jedną z najbardziej znanych linii komórkowych jest linia HeLa wywodząca się z komórek nabłonkowych raka szyjki macicy. Komórki te zostały pobrane na początku lat 50 XX w. w Stanach Zjednoczonych od pacjentki Henrietty Lacks, zresztą bez jej zgody. Jest to linia powszechnie używana w laboratoriach do badań nad nowotworami. Oprócz niej istnieje jeszcze bardzo wiele innych linii komórek nowotworowych, na których prowadzone są badania.

Do czego służą linie komórkowe?

Na przykład linie komórek nowotworowych wykorzystuje się do badań mechanizmów procesów nowotworowych oraz do testowania potencjalnych leków na te choroby. Jeśli badamy, jak działają substancje, które chcielibyśmy wykorzystać do leczenia chorób serca, powinniśmy je testować na właściwych komórkach, czyli komórkach serca itp.

Linie komórkowe wykorzystuje się do testowania nowych sposobów terapii, np. terapii genowej, czyli leczenia za pomocą transferu materiału genetycznego, do produkcji wektorów używanych do transferu genów, do produkcji szczepionek a także do testowania, czy dana szczepionka działa.

Linii komórkowych używa się też do produkcji leków, np. przeciwciał monoklonalnych używanych w leczeniu nowotworów czy chorób zapalnych, jak reumatoidalne zapalenie stawów. W zasadzie wszystkie badania nad lekami związane są z testami na liniach komórkowych. Dopiero po testach na komórkach przeprowadza się badania na zwierzętach. Na komórkach też przeprowadza się testy niektórych kosmetyków.

Na czym polega specyfika linii komórkowych uzyskanych z abortowanych płodów. Czy są to linie posiadające jakieś szczególne właściwości?

Najbardziej znane z tych linii to HEK 293 i PER.C6. Uzyskane one zostały w wyniku aborcji, przy czym należy wyraźnie podkreślić, że aborcje te miałyby miejsce niezależnie od decyzji o wykorzystaniu komórek. Zostały przeprowadzone w sposób legalny w krajach, w których zostały dokonane (w przypadku HEK 293 była to Holandia na początku lat 70-tych XX w., w przypadku PER.C6 aborcja dokonana została w 1985 r.), a pobranie komórek odbyło się zgodnie z obowiązującymi standardami, czyli po uzyskaniu zgody komisji bioetycznej. Komórki HEK293 wywodzą się z komórek ludzkiej nerki, komórki PER.C6 to komórki siatkówki.

Komórki płodu mogą dzielić się w hodowli w sposób bardziej nieograniczony niż komórki pochodzące z dorosłego organizmu, a poza tym przez lata komórki te poddawane były w laboratoriach wielokrotnym modyfikacjom. Na przykład w przypadku linii HEK 293 na którymś etapie hodowli doszło do mutacji zwiększającej liczbę chromosomów w tych komórkach, co sprawiło, że mogą się one dzielić i namnażać w sposób bardzo intensywny. Można je hodować w bardzo dużych ilościach i względnie łatwo, także w olbrzymich bioreaktorach, gdzie rosną w zawiesinie, bez konieczności przyczepienia do podłoża.

Wartość tych linii polega przede wszystkim na tym, że przez lata hodowli zostały one dogłębnie przebadane i znakomicie dostosowane do związanych z nimi potrzeb. Funkcjonują bardzo dobrze i stosowane są w laboratoriach na całym świecie.

Do czego wykorzystuje się te linie?

Do badań i testowania leków, do produkcji różnego rodzaju przeciwciał stosowanych w terapii, wreszcie do produkcji szczepionek. Z użyciem tych linii powstają np. szczepionki przeciw różyczce czy wściekliźnie oraz niektóre szczepionki przeciw grypie. Linie HEK 293 i PER.C6 zastosowano do produkcji wektorów wirusowych użytych w szczepionkach przeciw SARS-CoV-2 firmy AstraZeneca i Johnson&Johnson. Pozostałe dostępne w Polsce szczepionki przeciw SARS-Cov-2 - firmy Pfizer i Moderna uzyskuje się w inny sposób – poprzez syntezę mRNA w laboratorium. Lecz również te szczepionki, zanim zostały dopuszczone do stosowania dla pacjentów, a wcześniej dla ochotników – były testowane na linii HEK 293, m.in. z tego względu, że jest to linia, w której bardzo łatwo sprawdza się wiele procesów biologicznych.

Na czym polega użycie linii komórkowej do produkcji szczepionki, takiej jak np. szczepionka firmy AstraZeneca?

W szczepionkach tych, tzw. wektorowych, stosuje się wektory, czyli mówiąc najprościej – unieszkodliwione wirusy. Jeśli chcemy podać wektor człowiekowi, wektor ten nie ma prawa namnażać się w organizmie pacjenta. Ale po to, by go uzyskać w odpowiedniej ilości, trzeba go najpierw namnożyć w jakimś innym miejscu. Do takiego namnażania wektora służą właśnie komórki HEK 293. Pewien fragment (nazwijmy go E1) genomu wirusa zostaje wycięty i wstawiony do genomu komórek HEK 293. To sprawia, że takie defektywne wektory, które nie mogą się namnażać w komórkach człowieka (bo są pozbawione fragmentu E1) mogą się za to namnażać w komórkach HEK 293. W laboratoriach przygotowuje się wektor szczepionki (z genem kodującym białko wirusa SARS-CoV-2), pozbawiony fragmentu E1, niemający zdolności do namnażania się w normalnych ludzkich komórkach. Wektor ten wprowadza się następnie do komórek HEK 293, w których produkowany jest w olbrzymich ilościach. Potem zbiera się go z pożywki znad komórek.

Ważne, by podkreślić, że szczepionki, do których produkcji wykorzystywane są linie komórkowe, nie zawierają w ogóle tych komórek oraz żadnego ich materiału genetycznego, a jedynie materiał genetyczny wektora, którego zadaniem jest pobudzenie naszego układu odpornościowego do wytworzenia przeciwciał przeciw SARS-Cov-2. Oczywiście żadnego materiału linii komórkowych nie zawierają też szczepionki, które testowane są na tych liniach.

Trzeba jasno powiedzieć, że bez wykorzystania tych linii komórkowych, przez lata ulepszanych, dobrze poznanych, przebadanych na wiele sposobów i uznanych za bezpieczne, nie byłoby możliwe opracowanie szczepionek przeciw SARS-CoV-2 w tak krótkim czasie. Bez szczególnych właściwości tych linii, zdolnych do bardzo intensywnego namnażania się, nie byłoby też możliwe uruchomienie produkcji szczepionek na tak wielką skalę – świat przecież potrzebuje obecnie setek milionów, miliardów dawek.

Zwraca Pan Profesor uwagę na szczególną wartość medyczną tych linii. Czy istnieje możliwość uzyskania podobnie wartościowych komórek w inny sposób, nie budzący żadnych wątpliwości etycznych? U części osób związek tych linii z dokonaną przed laty aborcją takie wątpliwości budzi, niezależnie od faktu, że aborcja ta dokonana została z innych przyczyn i tak czy owak miałaby miejsce.

Badania nad nowymi rozwiązaniami i nowymi metodami wciąż trwają. Do produkcji wielu preparatów, białek, również wektorów, stosuje się linie zwierzęce, np. wywodzące się od małp czy chomików. Bardzo popularna jest np. linia pochodząca z jajnika chomika syryjskiego. Do produkcji insuliny używa się komórek bakteryjnych. Okazuje się jednak, że niektóre białka mogą odpowiednio działać tylko wtedy, gdy produkowane są w komórkach ssaków. Niektóre nie mają efektu terapeutycznego u pacjentów albo są mniej skuteczne, gdy nie są produkowane w komórkach człowieka.

Do części badań również nad szczepionkami przeciw SARS-CoV-2 wykorzystuje się inne linie komórkowe, w tym linie powstałe z innych komórek ludzkich. Pozostaje jednak pytanie, czy takie szczepionki będą skuteczne.

Fakt, że dostępne obecnie linie dobrze funkcjonują, nie wyklucza badań nad nowymi rozwiązaniami. Motywacje, jeśli chodzi o te poszukiwania, mogą być różne. Z perspektywy naukowej najważniejsza jest skuteczność nowych technologii oraz bezpieczeństwo pacjentów, którzy będą z nich w przyszłości korzystać.

Bardzo uzasadnione jest poszukiwanie nowych sposobów testowania leków. Wiemy na przykład, że badania na zwierzętach nie pozwalają nam na uzyskanie pełnej odpowiedzi o skuteczności i bezpieczeństwie potencjalnych leków. Pewne substancje, które działają dobrze u zwierząt laboratoryjnych, okazują się nieprzydatne dla człowieka albo wywołują efekty uboczne. A jednak nowe metody, jak na przykład używanie narządów na chipach, organoidów itp., nie wyeliminują całkowicie badań na zwierzętach, ponieważ wciąż jeszcze jesteśmy bardzo daleko od tego, by te metody działały tak, jak byśmy chcieli. Wciąż niezastąpiona jest możliwość sprawdzenia, jak dana substancja działa na żywym organizmie, funkcjonującym jako całość.

Podobnie jest jeśli chodzi o badania, do których obecnie wykorzystywane są linie komórkowe, w tym te, które kilkadziesiąt lat temu zostały uzyskane z narządów płodów po aborcji. Poszukiwanie nowych rozwiązań jest z różnych względów oczywiście wskazane, ale nie sądzę, by w przewidywalnej perspektywie czasowej mogły one całkowicie wyeliminować dotychczas stosowane i opracowane techniki – skuteczne i bezpieczne.

Jakie nowe rozwiązania w tym zakresie możemy sobie wyobrażać?

Jak wspomniałem komórki ludzkie, pobrane z jakiegoś narządu dorosłego człowieka, mają bardzo ograniczony czas życia, nie są więc przydatne do badań, do których konieczne jest uzyskanie olbrzymiej ilości komórek. Niektóre komórki, na przykład komórki ludzkiego serca, czyli kardiomiocyty, w ogóle nie dzielą się w laboratorium.

Są natomiast prowadzone badania – m.in. prowadzi je nasz zespół – nad metodami, w których wykorzystuje się strategię uzyskania tzw. indukowanych pluripotencjalnych komórek macierzystych (w skrócie: iPSC). Metodę tę opracował japoński lekarz i naukowiec Shinya Yamanaka, który w 2012 r. otrzymał za to nagrodę Nobla.

Metoda ta polega na pobraniu kilku mililitrów krwi, z której izolujemy białe krwinki i modyfikujemy je w taki sposób, że możemy je przekształcić do komórek macierzystych – tych właśnie iPSC. Wymaga to odpowiedniej modyfikacji genetycznej. Dzięki różnym metodom możemy następnie iPSC różnicować do wielu typów komórek, na przykład do komórek mięśnia sercowego, które można wówczas hodować w większej ilości i wykorzystywać do badania różnych mechanizmów chorób związanych z sercem, czy też testowania leków.

Takie badania prowadzone są na całym świecie. Być może kiedyś komuś uda się uzyskać z takich komórek jakieś bardzo wydajne linie komórkowe, które będą się nadawały na przykład do produkcji różnych wektorów i w efekcie produkcji szczepionek, czy do uzyskiwania dużej ilości przeciwciał monoklonalnych. Ale to jest perspektywa co najmniej kilkunastu lat, jeżeli nie dłuższa.

Dlaczego?

Wszystkie nowe linie komórkowe, na przykład wyprowadzone z takich indukowanych pluripotencjalnych komórek macierzystych, zanim będą mogły być wykorzystana w jakichkolwiek badaniach u ludzi, nawet pośrednio, muszą być najpierw przebadane na setki, tysiące sposobów.

Choć nauka rozwija się szybko, przypuszczam, że w tym przypadku ze względu na bezpieczeństwo pacjentów ewentualna zmiana technologii to kwestia kilkunastu lub nawet kilkudziesięciu lat.

Pozostaje też pytanie, czy jest sens ją zmieniać. Jeżeli dysponujemy w tej chwili komórkami, które badane były przez kilkadziesiąt lat, zostały uznane za bezpieczne i działają na tyle dobrze, że jesteśmy w stanie dzięki nim wyprodukować szybko szczepionki, to można zastanawiać się nad zasadnością takiej zmiany nie tylko z ekonomicznego punktu widzenia – opracowywanie nowych metod pociąga za sobą wielkie koszty – ale również z perspektywy etycznej, związanej właśnie z bezpieczeństwem pacjentów.

Dziś można powiedzieć z pewnością, że nieetyczne jest odradzanie szczepień, zniechęcanie do szczepień, dzięki którym – tu i teraz – możemy ocalić życie tak bardzo wielu ludzi.

Rozmawiała Maria Czerska / Warszawa