A súlytalanság immunológiája
(Rovat: Az emberi élet védelme, Hazai kutatóhelyek és űripar - 2008.06.25 06:00.)

San Franciscoban történt egy immunológiai kongresszuson, hogy poszterünk előtt álldogálva egy elegáns úr lépett hozzám. A munkámról érdeklődött, és alig akart hinni a fülének, hogy Magyarországon egy űrélettani laboratóriumban dolgozom.

Létezik egyáltalán magyar űrkutatás? Ez az a kérdés, ami egy műszaki témájú konferencián sosem hangzott volna el, hiszen a világon minden, az űrkutatás iránt kicsit is érdeklődő szakember hallott már a KFKI Atomenergia Kutatóintézet Pille doziméteréről, a Miskolci Egyetem űrkemencéjéről, vagy a magyar közreműködéssel készült Rosetta és Cassini űrszondákról.

De azt tudja-e valaki, hogy 1980-ban a Szaljut-6 űrállomás fedélzetére Farkas Bertalan nem csak a Pillét vitte magával, hanem egy INTERFERON feliratú dobozt is, amelyet a Magyar Tudományos Akadémia Mikrobiológiai Kutatócsoportjához tartozó űrélettani laboratórium juttatott fel a világűrbe. A kutatócsoport, ezen belül az űrkutató labor jelenleg az Országos Epidemiológiai Központonban működik. A kis csomagban megfelelően kialakított tartályokban emberi vérből szeparált speciális sejttenyészet volt, az ún. perifériás mononukleáris sejtek (PBMC), ami a limfociták (nyiroksejtek) és a monociták (mononukleáris fagocitasejtek) összefoglaló neve. Egyszerű módszerrel együtt szeparálhatók a vérből, az ember immunrendszerének fontos sejtjei. Egyik funkciójuk, hogy antigének (pl. baktériumok, vírusok) hatására aktiválódnak, és ún. citokineket termelnek. Ezzel el is jutottunk az INTERFERON felirathoz, hiszen ez a glikopeptid a citokinek egy fajtája. Fontos szerepe van a természetes immunitásban, vagyis a szervezet vírusok és baktériumok elleni harcában, de sok más hatása mellett befolyásolja a nyiroksejtek képződését, differenciálódását is. Ma már nagyon sokat tudunk a citokinek funkcióiról és hatásmechanizmusukról, de a Szaljut-6 repülésének idején ezen molekulák kutatása új és izgalmas kihívás volt még földi körülmények között is, hát még a világűrben. Csodálatos alkalom volt az űrutazás arra, hogy az IFN termelés intenzitását két párhuzamos kísérleti helyszínen vizsgálják: a földi laboratóriumban, és ezzel egy időben a Szaljut-6-on.

Ez volt az első világűrben végzett kísérlet, amely sejtbiológiai folyamatokat hasonlított össze súlytalanságban és gravitációs körülmények között. Az eredmény meglepő volt: az űrhajón lévő sejttenyészetek – különböző induktorok hatására – 4-8-szor annyi interferont termeltek, mint a földi laboratóriumban lévők. A biológiában egy kísérlet eredményét csak akkor fogadhatjuk el, ha az reprodukálható, ezért az űrkutató csoport kiharcolta, hogy a Szaljut-7 fedélzetén megismételhessék a kísérletet, amely ugyanazt az eredményt hozta. A jelenség további vizsgálatát földi körülmények között kellett megoldani, ezért csoportunk – évekkel megelőzve ezzel a NASA-t – megépített egy ügyes szerkezetet, a clinostatot, amely képes volt szimulálni a mikrogravitációt. Az ötletes műszer valójában egy sejttenyésztő edény, amit egy motor egyenletesen forgat, így a sejtek nem ülepszenek le, hanem egyenletesen lebegnek a tápoldatban. A későbbi NASA fejlesztésű RCCS (Rotary Cell Culture System), amit ma már mi is használunk, ugyanezen az elven működik és ugyanezekből az egységekből áll, persze elegánsabb a külseje, és egyszer használatos tenyésztőedényei megfizethetetlenül drágák. Sikerült azonban továbbfejlesztenünk a készüléket úgy, hogy annak csapjai és csatlakozói kibírják a sterilezési hőmérsékletet, és így többször is használhatóvá váljanak. Az IFN kísérlet pedig működött mindkét mikrogravitációt szimuláló eszközben, sőt működött másfajta IFN-t termelő sejtvonalakkal is. A maximális produkció 48 órás forgatás után volt mérhető. De vajon más citokinek termelődése hogyan alakul a súlytalanságban?

Asztali RCCS berendezés.

Érdeklődésünk középpontjába ekkor a tumornecrozis-faktor-α (TNF-α) került. A citokinek alapvetően sejtek közötti kapcsolatokat közvetítő molekulák. A TNF-α eddig ismert számtalan funkciója közül talán legfontosabb a gyulladásos folyamatokban játszott szerepe, de legújabb kutatások szerint köze lehet olyan neurodegeneratív betegségekhez is, mint a Parkinson-kór, az Alzheimer-kór, vagy a sclerosis multiplex. Nem csoda, hogy gyógyszergyárak érdeklődnek űrélettani laboratóriumunk munkája iránt, hiszen ha sikerül in vitro körülmények között bizonyos citokinek szintnövekedését elérni humán sejttenyészetben, akkor ez kiváló modellje lehet az emberi szervezetben lezajló folyamatoknak. Ez a modellrendszer pedig nagyon alkalmas az újonnan kifejlesztendő citokin gátló gyógyszerek (gyulladáscsökkentők, neurodegeneratív betegségek elleni gyógyszerek) hatékonyságának tesztelésére. De vajon valóban nő-e a TNF-α szintje mikrogravitáció hatására? Kísérleteink ezúttal is pozitív eredményt hoztak. A perifériás mononucleáris sejtek a súlytalanságban sokszorosára növelik ennek a citokinnek a termelését is. A maximális érték a forgatás 24. órája körül mérhető.

Éjjel-nappal forgott (és forog ma is) a sejteket súlytalanságban tartó berendezés, ill. annak azóta már továbbfejlesztett változata. A mai készüléken egyszerre 4 sejttenyésztő edényben végezhetünk párhuzamos kísérleteket. A sorban a következő citokin az interleukin-12 (IL-12) volt. Azért választottuk ezt a molekulát, mert akárcsak az előző kettőt (IFN-γ, TNF-α), ezt is a nyiroksejtek egy speciális csoportja, a TH-1-limfociták termelik, és ezekre a limfocitákra jellemző módon, más sejtekre gyakorolt hatásával vesz részt az immunológiai folyamatokban, mint például a baktériumok, gombák, és egysejtű élősködők elleni immunválaszban. A sejtés beigazolódott: az IL-12 termelés 32-szeresére nőtt mikrogravitációs környezetben. A termelődés maximuma 72 órás súlytalanság után érhető el. Levonhattuk tehát a következtetést: a súlytalanság valószínűleg aktiválja az emberi szervezet TH-1 típusú immunválaszát.

A limfociták TH-2 típusú csoportja és a TH-1 típus egymást gátló hatású citokineket is termel. A két TH sejttípus egymást negatívan szabályozza, aktuális arányuktól függ az egészséges és kóros immunválasz iránya. Ilyen TH-2 citokin például az interleukin-4 (IL-4), vagy az interleukin-10 (IL-10). Logikus feltevés, hogy abban a rendszerben, ahol többszörösére emelkedik egy molekula szintje, ott valószínűleg nem lehet jelen a termelődését gátló anyag. Ez a hipotézis is beigazolódott: mikrogravitációs körülmények között nem volt mérhető mennyiségű IL-4 és IL-10 a sejttenyészetben.

Természetesen nem elégszünk meg a jelenségek leírásával. A citokinek hatásmechanizmusának kutatása a súlytalanságot modellező körülmények között tovább folyik laboratóriumunkban. A folyamatok vizsgálatát a különböző sejtpopulációkra jellemző sejtfelszíni markerek citofluorimetriás mérésével végezzük. Ennek segítségével kutatjuk legújabban a tumornecrozis-factor-α szerepét az apoptozisban (programozott sejthalál), mely kutatások talán hozzájárulhatnak a daganat sejtek kialakulási mechanizmusának tisztázásához. Ezeket a speciális kísérleteket is az RCCS készülékkel végezzük.

Űrélettani megfigyeléseink egyedülálló, alapkutatáson nyugvó eredmények, és alapkutatások eredményeit ritkán lehet azonnal alkalmazni a gyakorlatban. Laboratóriumunknak ez mégis sikerült az immunfolyamatokra ható gyógyszerek tesztelése révén. Talán a mi megfigyeléseink segítenek egyszer megtalálni egy addig gyógyíthatatlan betegség gyógymódját, vagy ha egy kicsit szabadon engedjük fantáziánkat: a földön kívüli életfolyamatok megértéséhez is hozzájárulhatunk.

Várkonyi Andrea
(Országos Epidemiológiai Központ, Mikrobiológiai Kutatócsoport)