Technologie vědců z CEITEC pomůže odhalit, jak kyslík řídí vývoj embryí

Vědci z CEITEC Vysokého učení technického v Brně uspěli v silné mezinárodní konkurenci a získali prestižní grant Human Frontier Science Program (HFSP), který podporuje průlomový základní výzkum. Brněnský tým vedený Ericem Danielem Glowackým přinese do mezinárodního projektu unikátní technologii, která umožňuje přesně řídit množství kyslíku v tkáních. Právě změny okysličení totiž mohou zásadně ovlivňovat, jak se buňky v raném embryonálním vývoji specializují.

Projekt s názvem „Nejen teorie: regulace vzorování embryí savců pomocí elektrochemických gradientů” řeší CEITEC VUT v konsorciu s biology z Max Planckova institutu molekulární buněčné biologie a genetiky a Yaleovy univerzity. Role brněnského týmu je v projektu klíčová: dodává technologii, která umožňuje v tkáních cíleně vytvářet oblasti s různou hladinou kyslíku a sledovat, jak na tyto změny buňky reagují.

„Specialitou naší výzkumné skupiny je elektrochemie, věnujeme se zejména působení elektrického proudu na okysličení tkání a sledování následných chemických změn v nich. Abychom mohli provádět určité typy experimentů, vyvinuli jsme si vlastní komplexní systém jehlových sond, elektrod a softwaru, díky nimž dokážeme ovlivňovat a kontrolovat, kolik kyslíku se vyskytuje v tkáních, kterými proud probíhá,” vysvětluje vedoucí týmu Eric Daniel Glowacki. Pomocí těchto nástrojů vědci dokážou ve vzorcích vytvářet i oblasti, v nichž je kyslíku nedostatek či dokonce zcela chybí. Právě změny hladiny kyslíku jsou pro biologii zásadní – ovlivňují metabolismus buněk a tím i jejich chování. V některých typech výzkumu je taková kontrola prostředí klíčová. „Náš systém není univerzální, pro každou aplikaci jej upravujeme na míru. Do budoucna ale chceme rozšířit jeho varianty tak, aby byl využitelný v co nejširším spektru výzkumů,“ doplňuje Glowacki.

Technologii z CEITEC už v minulosti využili vědci z Max Planckova institutu při studiu raného embryonálního vývoje. Zaměřovali se na to, jak metabolická aktivita kmenových buněk (nespecializovaných buněk, které jsou schopny sebeobnovy a přeměny na specializované buňky, např. svalové, nervové nebo krevní) ovlivňuje jejich další vývoj i vývoj buněk v jejich okolí.

Na tuto práci navazuje nově podpořený projekt Human Frontier Science Program (HFSP). Jeho cílem je přezkum zhruba sto let staré teorie amerického zoologa Charlese Manninga Childa, která vysvětluje, jak se u mnohobuněčných organismů kmenové buňky postupem času mění na zralé buňky s konkrétní funkcí a strukturou. Tříletý projekt s dotací 7,5 milionu korun pro každého z partnerů bude na myších embryích přímo v děloze ověřovat novou hypotézu, že pro konkrétní přeměnu buněk je klíčové také místo v tkáni a čas, během nějž k úbytku kyslíku dochází.

CEITEC/ Lukáš Havlák: Technologie vědců z CEITEC pomůže odhalit, jak kyslík řídí vývoj embryí: Technologie k projektu HFSP na CEITEC VUT.

Lepší pochopení mechanismů, které řídí raný embryonální vývoj, může v budoucnu přispět například k rozvoji regenerativní medicíny, výzkumu vývojových poruch nebo efektivnějšímu využití kmenových buněk v biomedicíně.

„To, že náš projekt uspěl, je pro nás velká čest, ale i závazek. HFSP je unikátní program věnovaný primárnímu výzkumu, v němž se řešitelé snaží najít odpovědi na základní a dosud nezodpovězené otázky biologie,“, říká Glowacki. Úspěšnost v programu je přitom velmi nízká – uspějí pouze dvě až tři procenta z tisíců přihlášených projektů. Podmínkou je mimo jiné i mezinárodní spolupráce napříč kontinenty a zcela novátorský přístup.

„Díky tomu jsme se stali součástí komunity špičkových vědců z celého světa. I když výsledky takového výzkumu nejsou okamžitě aplikovatelné, jejich dlouhodobý přínos pro společnost je zásadní,“ uzavírá Glowacki.

O HFSP

Mezinárodní organizace Human Frontier Science Program Organization (HFSPO) vznikla v roce 1989 ve Francii. Myšlenka na vytvoření této mezinárodní komunity, která by se věnovala základnímu výzkumu, však vzešla ještě o několik let dříve v Japonsku.

Program financuje špičkový výzkum v oblasti základních věd o živé přírodě, zejména biologie, fyziky, chemie, matematiky a informatiky, a podporuje inovativní, mezioborové projekty, které by se jinak financovaly jen obtížně. Finanční podporu HFSPO získává například od francouzské, japonské, švýcarské či jihokorejské vlády, dále z USA, EU, Singapuru, Nového Zélandu nebo Velké Británie. Od vzniku programu v roce 1989 získalo 31 vědců podpořených HFSP Nobelovu cenu. Zatím posledními oceněnými byli v roce 2024 David Baker za chemii (počítačový návrh proteinů) a Gary Ruvkun za fyziologii a medicínu (objev mikroRNA).