Unikátní metoda single cell analýzy je ve světě vědy známá deset let. Laboratorní výzkum na úrovni jedné jediné buňky otevírá nové možnosti ve sféře onkologie či imunologie. Velký význam má také v oblasti péče o pacienty a pacientky po transplantaci kostní dřeně. Letní škola analýzy jednotlivých buněk, která se pravidelně koná v Plzni, prohlubuje znalosti nastupující generace vědců a vědkyň a spojuje dva obory: biologii a bioinformatiku. Vše začalo náhodným setkáním dvou vědkyň – Lucie Houdové a Moniky Holubové.
Summer School of Single Cell, tedy Letní škola analýzy jednotlivých buněk, vznikla jako projekt dvou vědeckých pracovišť: Biomedicínského centra Lékařské fakulty Univerzity Karlovy a Výzkumného centra NTIS Fakulty aplikovaných věd Západočeské univerzity v Plzni. Mezinárodní účast přednášejících i účastníků a účastnic pak dostává Plzeň na mapu světových vědeckých pracovišť.
Za vším je přitom šťastná náhoda, která v roce 2017 svedla dohromady biokybernetičku Lucii Houdovou z Výzkumného centra NTIS Fakulty aplikovaných věd Západočeské univerzity v Plzni a Moniku Holubovou z Biomedicínského centra Lékařské fakulty Univerzity Karlovy.
„Potkaly jsme se náhodou u mě v kanceláři, kde jsem měla rozloženou tabulku receptorů NK buněk (NK buňky jsou buňky imunitního systému, které se vyvíjejí v kostní dřeni a hrají roli v protinádorové imunitě) a Lucka měla sraz s někým jiným, zahlédla tu tabulku a zjistily jsme, že děláme to samé. Obě se zabýváme těmito receptory, jen každá z jiného úhlu,“ vzpomíná Monika Holubová.
Obě vědkyně už v té době nezávisle na sobě spolupracovaly s legendárním průkopníkem transplantace kostní dřeně Vladimírem Kozou. „Spojily jsme síly a šly do společného projektu,“ pokračuje Lucie Houdová.
Výzkum pomáhá v péči o lidi po transplantaci kostní dřeně
V čem je vlastně analýza jednotlivých buněk přelomová? „Pokud se snažíme pochopit imunitní odpověď nebo rozvoj nádorového onemocnění, tak rozhodně musíme pochopit klíčové role jednotlivých buněk,“ vysvětluje Holubová. Na rozdíl od tzv. bulk metody, kdy se zkoumá ve vzorku směs buněk, zkoumá single cell analýza jednotlivé buňky. Otevírá tím úplně nové možnosti ve sféře onkologie nebo imunologie.
„Vzorky se mohou brát například z kostní dřeně, periferní krve, může to být i tkáň. Na speciálním přístroji si suspenzi buněk rozdělíme na jednotlivé buňky a ty jednotlivě označíme pomocí molekulárního barkódování, což nám právě umožňuje sledovat jen jednu jedinou buňku. Buňky pak můžeme klastrovat, tedy setřídit podle podobnosti, a pozorovat populace buněk. Na základě této analýzy se objevují nové a nové populace, které člověk běžnou analýzou úplně mine,“ říká.
Výzkum pak pomáhá zlepšovat také péči o pacienty a pacientky po transplantaci kostní dřeně a předcházet komplikacím. „Problém je v tom, že při transplantaci vlastně aplikujeme imunitní buňky, které reagují na tělo pacienta, protože je pro ně cizí. Mohou například napadat různé tkáně. Tuto reakci sice můžeme tlumit, ale pokud má pacient v těle ještě nějaké zbytkové nádorové buňky, tak imunitu nechceme tlumit úplně, neboť se pak nádorové buňky dokážou znovu množit. Proto musíme najít balanc mezi tím, jak podpořit, nebo naopak oslabit imunitní systém, hledáme různá schémata, jak si s tou imunitou hrát a regulovat ji,“ doplňuje Monika Holubová.
Bez sponzorů by to nešlo
Obě vědkyně se shodly na tom, že pracují na stejné problematice, že mají své studenty a studentky, které chtějí vzdělávat, ale kurzy v zahraničí jsou nákladné. A tak se rozhodly pozvat zahraniční odborníky a odbornice do Plzně.
„Nápad na zorganizování letní školy vznikl během workshopu na lékařské fakultě, při kávě s našimi supervizory doktorkou Caputo z London South Bank a doktorem Barozzim z Medical University of Vienna,“ říká Houdová.
První ročník Summer School of Single Cell se odehrál v roce 2020, druhý v roce 2022 a další se chystá opět v dvouletém intervalu, tedy na léto 2024. S přípravami už ale musí organizátorky začít s ročním předstihem. Pokud chtějí i nadále poskytovat kurzy zadarmo, musí hlavně sehnat sponzory.
Zájem o účast je velká a po prvním úspěšném ročníku se ještě zvýšila, z původních šestnácti musely organizátorky navýšit kapacitu na dvacet studentů. Mladé vědce a vědkyně, většinou studující Ph.D. programů, vybírají anonymně na základě přihlášky.
„Zajímá nás výhradně kvalita prezentace výzkumu v přihlášce, kde popisují svou práci, a to, jak by mohli využít tuto metodu,“ doplňuje Monika Holubová. V laboratořích Biomedicínského centra se po úvodním přednáškovém cyklu setkávají studenti a studentky z Iránu, Maďarska, Německa, Švédska, Británie nebo Řecka.
„Snažíme se pokrýt úplně celý proces od přípravy vzorečků přes speciální metodiku, jako je například klonování, až po analýzu daných dat. Studenti si vlastnoručně vyzkouší všechny metodiky, veškerou analýzu, jak správně designovat experiment, jak udělat kontrolu kvality, zkontrolovat, zda data jsou v pořádku, a dostat se k výsledku,“ popisuje.
V laboratoři ale práce nekončí. „Biologové vyprodukují ohromné množství dat a tam začíná práce pro nás bioinformatiky. Vezmeme data z výzkumu, získáme z nich informace a pracujeme na tom, jak je interpretovat a využít,“ říká Lucie Houdová.
Zefektivnit výběr dárců pomáhají informatici ve spolupráci s biology
Kromě toho, že Monika Holubová vede laboratoř nádorové biologie a imunoterapie Biomedicínského centra, působí jako vědecká pracovnice na Hematologicko-onkologickém oddělení Fakultní nemocnice v Plzni. Právě s tímto oddělením spolupracuje také Lucie Houdová od roku 2009, kdy ji oslovil tehdejší primář a zakladatel oddělení Vladimír Koza, který se podílel na založení Nadace pro transplantace kostní dřeně a Českého národního registru kostní dřeně.
„Pan primář si uvědomoval, že registr nemůže do budoucna fungovat bez podpory informačních technologií, že v rámci transplantačního procesu je důležitá rychlost a efektivita,“ vypráví.
Právě se zrychlením procesu pomáhali v první fázi informatici. Transplantační proces totiž není jen o vyhledávání vhodných dárců. Potenciální dárci se musí vyšetřit v takzvaném verifikačním procesu, kdy se řeší jejich specifické informační markery, zdravotní stav nebo dostupnost. A dalším z důvodů, proč byli informatici osloveni, byl přechod na identifikaci na základě DNA. „Dříve se biomarkery vyšetřovaly pomocí sérologie. Identifikace na základě DNA je samozřejmě náročnější i pro informatické zpracování,“ dodává Houdová.
Podle Moniky Holubové nacházejí biologové stále nové biomarkery, které ovlivňují úspěšnost transplantace. Díky výzkumu se neustále vylepšuje výběr dárce, vyhledávací systém je ale nutné pro zadávání dalších parametrů neustále updatovat. S tím také pomáhají bioinformatici. „Dříve se vyhledávali dárci na základě tří HLA molekul (HLA je genetický systém, který je zodpovědný za rozeznávání vlastního od cizorodého), pak se zjistilo, že i čtvrtá nebo pátá molekula má význam a následně že nejen HLA molekuly mají v transplantologii význam… Takže pak se přiřadily další a další molekuly, které ovlivňují výsledek transplantace,“ popisuje vývoj výzkumu.
Pozitivní zpětnou vazbu mají vědkyně nejen od lékařů a lékařek, ale také na základě srovnání se situací ve světě, pravidelně se o tom přesvědčují na odborných konferencích. „Ve srovnání se stejně velkými registry si držíme celosvětovou úroveň,“ shodují se. V porovnání se zahraničím pokulhává Česko snad jen v tom, kolik lidí je v registru dárců kostní dřeně zapsáno.