Biologické léky jsou v posledních desetiletích jednou z nejvýznamnějších inovací v medicíně. Jde o látky vyrobené živými organismy, jako jsou protilátky nebo hormony, které dokáží velmi účinně léčit řadu závažných onemocnění. Na rozdíl od klasických chemických léčiv umí biologika (biologické léky) cíleně působit na konkrétní buněčné mechanismy.
„Přibližně 330 biologických léků již bylo schváleno americkým Úřadem pro kontrolu potravin a léčiv, což představuje asi 35 % všech léčiv prodávaných ve Spojených státech,“ uvádí studie zveřejněná v časopise Science. Jejich globální trh dosáhl v roce 2024 hodnoty kolem 510 miliard dolarů (přibližně 12 bilionů korun) a do roku 2033 by měl vzrůst až na 1,3 bilionu dolarů (31 bilionů korun).
Biologická léčba však má i své stinné stránky. Její výroba je mimořádně náročná a nákladná. Zahrnuje kultivaci buněk v bioreaktorech, izolaci a purifikaci účinných látek, stabilizaci a balení. To vše se promítá do vysoké ceny pro pacienty i zdravotní systémy. Navíc při dlouhodobém užívání mohou tyto látky vyvolávat nežádoucí imunitní reakce organismu.
Buňky jako továrny na léky
Co kdyby ale bylo možné tyto složité výrobní procesy přesunout přímo do těla pacienta? To je myšlenka, kterou se zabývá stále více výzkumných týmů po celém světě. Cílem je vyvinout takzvané buněčné terapie – implantáty obsahující geneticky upravené buňky, které by dokázaly vyrábět potřebné léčivé látky přímo v organismu pacienta.
„Buněčné terapie slibují proměnit způsob, jakým přistupujeme k léčbě mnoha nepoddajných a chronických onemocnění,“ píší autoři studie. První pokusy s tímto přístupem se datují už do roku 1980, kdy byly pacientovi s cukrovkou 1. typu implantovány ostrůvky slinivky od dárce, chráněné před imunitním systémem příjemce speciálním obalem. Od té doby byly do vývoje této technologie investovány miliardy dolarů.
Díky pokrokům v oblastech jako je řízená diferenciace kmenových buněk, syntetická biologie a vývoj biomateriálů se dnes tato vize stává realitou. Několik prvních buněčných terapií už postoupilo do fáze klinického testování na lidech, s nadějnými výsledky.
Například do oka pacientů s onemocněním sítnice byly implantovány buňky vyrábějící neurotrofní faktor (látku podporující růst a přežívání neuronů), které fungovaly více než dva roky. Jiné buněčné implantáty dokázaly v břišní dutině produkovat látky potlačující růst nádorů nebo v krvi faktory nutné pro správné srážení krve u pacientů s hemofilií.
Výzvy biohybridních systémů
Většina dosavadních buněčných terapií funguje na principu kontinuální produkce léčivé látky. To je v pořádku u látek, které jsou bezpečné a účinné v širokém rozmezí koncentrací. Mnoho léků ale vyžaduje přesné dávkování.
Zde přichází ke slovu bioelektronika – obor kombinující elektronické systémy s biologickými tkáněmi. Miniaturizované elektronické obvody by mohly řídit, kdy a kolik léčiva buňky vyrobí, podobně jako to dělá umělá slinivka u diabetiků. Ta nepřetržitě monitoruje hladinu glukózy v krvi a podle potřeby dávkuje inzulín.
Vědci už demonstrovali funkční prototyp takového systému na myším modelu cukrovky 1. typu. Implantované buňky v něm produkovaly inzulín na základě elektrických signálů z připojené elektroniky. „Schopnost regulovat hladinu cukru v krvi v reálném čase bez zařízení připevněných na těle by byla průlomová,“ konstatují autoři studie.
Další klíčovou výzvou je dlouhodobé přežití implantovaných buněk v těle příjemce. Ty musí odolávat útokům imunitního systému a zároveň mít dostatečný přísun živin a kyslíku. Výzkumníci proto vyvíjejí speciální ochranné obaly z biokompatibilních materiálů. Slibné výsledky přináší i použití miniaturních elektrolytických zařízení, která produkují kyslík přímo v místě implantátu.
Cesta k žijícím lékárnám v těle
Vyvinout plně funkční biohybridní systém schopný vyrábět léky na míru přímo v těle pacienta je nesmírně komplexní úkol. Vyžaduje propojení poznatků z mnoha oborů – od buněčného inženýrství přes materiálové vědy až po mikroelektroniku.
Klíčové je najít vhodné buněčné linie, které budou sloužit jako základ pro výrobu léčiv. Ty musí být bezpečné, dlouhodobě stabilní a schopné produkovat dostatečné množství účinné látky. Slibnou cestou je využití nových nástrojů pro editaci epigenetikou, které umožňují precizně upravovat vlastnosti buněk.
Neméně důležitý je vývoj bioelektronických komponent. Ty musí být miniaturní, energeticky úsporné a schopné dlouhodobě fungovat v agresivním prostředí lidského těla. Velkou výzvou je zejména vývoj stabilních biochemických senzorů pro monitorování hladin léčiv a dalších látek.
„Souběžná vylepšení v bioelektronice jsou také nezbytná pro biohybridní terapie příští generace, které budou miniaturizované a dlouhodobě funkční,“ uvádí studie. Kromě samotných elektronických obvodů je potřeba vyřešit i otázky bezdrátové komunikace, efektivního napájení a jeho bezdrátového přenosu.
Revoluce ve zdravotnictví na obzoru?
Pokud se podaří překonat všechny technické překážky, biohybridní implantáty by mohly způsobit revoluci ve zdravotnictví. Nabízejí totiž řešení hned několika palčivých problémů současné medicíny.
Především by mohly dramaticky snížit náklady na výrobu biologických léčiv a tím zpřístupnit tuto pokročilou léčbu mnohem širšímu okruhu pacientů. Zároveň by odstranily nutnost pravidelného podávání injekcí či infuzí, což by zvýšilo komfort pacientů a jejich ochotu léčbu dodržovat.
Biohybridní systémy by také umožnily mnohem přesnější dávkování léků podle aktuálního stavu pacienta. To by zvýšilo účinnost léčby a snížilo riziko nežádoucích účinků. V neposlední řadě by mohly sloužit jako platforma pro vývoj zcela nových terapeutických přístupů.
Cesta k rutinnímu využití těchto technologií v klinické praxi bude ještě dlouhá. Kromě technických výzev bude nutné vyřešit i otázky bezpečnosti, etiky a financování. Přesto představují biohybridní implantáty jednu z nejslibnějších cest, jak posunout medicínu 21. století na kvalitativně vyšší úroveň.
„S jakoukoli převratnou technologií přicházejí výhody ruku v ruce s klíčovými otázkami důvěry a adopce, s dodatečnými obavami o bezpečnost a soukromí vyplývajícími z použití bioelektronické kontroly a komunikace,“ uzavírají autoři studie. „Překonání těchto technických i netechnických překážek, spolu s vynikajícími přínosy a platebními modely, však bude katalyzátorem nových přístupů k spravedlivé a dostupné zdravotní péči pro všechny.“