Úvod
Hlavní hnací silou výzkumu v otorinolaryngologii a chirurgii hlavy a krku byla a stále je touha rozluštit tajemství biologie buněk, tkání i celých organismů s cílem zlepšit život člověka prostřednictvím lékařské intervence. Po celá staletí se zvídaví a obětaví vědci a lékaři snažili pomocí soudobé techniky rozšířit sumu znalostí o fyziologických i patologických procesech ucha, nosu, krku i hlavy jako celku. Tak byl skládán kámen ke kameni dnešní úrovně metod diagnostiky a léčby. Je jistě vhodné se čas od času zastavit, obrátit se zpět a nahlédnout do minulosti. Zamyslet se nad tím, čeho bylo dosaženo a jak. Počátek třetího tisíciletí našeho letopočtu nám dává dostatečné odůvodnění takovéto reflexe.

Poznámky k vývoji výzkumu v otorinolaryngologii a chirurgii hlavy a krku během minulého století
Nacházíme se ve vzrušujícím období nových a nových objevů. Totéž však mohlo být řečeno již před sto lety. Přelom 19. a 20. století byl obdobím plným výzev pro lékaře a vědce věnující se otorinolaryngologii, chirurgii hlavy a krku. Výzkum v oblasti anatomie hlavy a krku dosáhl svého plató. Počínaly však experimentální studie zaměřené na fyziologii, jejichž příkladem jsou práce laureáta Nobelovy ceny z roku 1914 Roberta Bárányho týkající se vestibulárního systému. Jeho aplikace přesně stanovených stimulů a měření odpovědi na podráždění vedlo k vývoji kvantifikovaných kalorických a rotačních testů. Ačkoli modifikované, tyto testy odolaly běhu času a byly vylepšeny elektrofyziologickými vyšetřovacími metodami, jako je např. elektronystagmografie. Obdobně přesně vyvinul píštělové zkoušky, galvanickou i pneumatickou. S nástupem elektronické audiometrie, zavedené v třicátých letech 20. století Fowlerem a jeho kolegy, našly neurofyziologické postupy uplatnění i ve studiu sluchu. Tato technologie umožnila stanovit stupeň a charakter sluchové ztráty. Sluchový recruitment fenomén se stal kli-nickým nástrojem pro rozlišení kochleární a suprakochleární sluchové poruchy. Další speciální audiometrické testy, např. SISI test (Short Increment Sensitivity Index), tón decay test, Békésyho audiometrie spolu s tympanometrií a testováním stapediálního reflexu, kulminovaly v diagnostickou baterii umožňující topickou specifikaci léze sluchu. Ačkoli tato baterie vyšetřovacích metod byla vytlačena vývojem elektrofyziologických metod, zcela jistě významně přispěla k porozumění patofyziologie percepčních sluchových poruch. Pokroky dosažené ve studiu fyziologie čichu (Zwaardemaker) a chuti (Pfaffmann) závisely, ve srovnání s výzkumem sluchu, méně na nových technologiích, více na aplikaci principů fyziologie vnímání jiných smyslů.
Nové diagnostické a léčebné strategie a postupy, které byly zavedeny v prvních dekádách 20. století, měly velký dopad na klinickou praxi. Jak celková, tak lokální anestezie se stala relativně bezpečnou, teze aseptické chirurgie, zavedené Halstedem, umožnily nové chirurgické přístupy. Ve dvacátých a třicátých letech 20. století již byla mastoidektomie pro akutní mastoiditidu a chronický středoušní zánět vysoce úspěšná. Pokusy o chirurgii otosklerózy a karcinomů hrtanu se setkávaly se střídavými úspěchy. Edisonův vynález žárovky roku 1879 ulehčil osvětlení a prohlédnutí nitra trávicího a dýchacího systému. Jackson a jeho následovníci zlepšili a rozšířili užívání endoskopie. Toto zdokonalování pokračovalo v průběhu minulého století, dramati-cky významnou událostí pak bylo vyvinutí flexibilního endoskopu Ikedou. Roentgenův objev paprsků X v roce 1895 inicioval vývoj fantastických diagnostických postupů, z nichž každý ve své době bral dech. Objev radia manžely Curieovými v Jáchymově roku 1898 nabídl nové účinné léčebné postupy pro pacienty s maligními onemocněními.
Mnoho chirurgických neúspěchů do první třetiny minulého století je možno přičíst na vrub nedostatečné schopnosti kontrolovat infekci rány. Zavedení sulfonamidů v letech třicátých a později v letech čtyřicátých i penicilinu a řady dalších druhů antibiotik, stejně jako zvětšení obrazu a jeho osvětlení v operačním mikroskopu potvrdilo v praxi mnoho již dříve zavedených chirurgických konceptů včetně tympanoplastik, stapedektomií a bezpečných resekcí vestibulárního schwanomu.
Pokroky v elektrofyzice na konci první čtvrtiny 20. století, které umožnily regulaci a kvantitativní měření elektřiny, vedly k éře, ve které se elektrofyziologie stala význačným zdrojem nových informací. Wever a Bray v třicátých letech minulého století dosáhli značného pokroku v měření bioelektrických fenoménů vnitřního ucha v procesu slyšení. Kochleární mikrofonika, bazální endokochleární potenciál a akční potenciály osmého hlavového nervu přilákaly pozornost generace mladých vědců. Podrobné zmapování sluchové dráhy až na úroveň jednotlivých buněk vedlo k četným klinickým aplikacím, jako jsou elektrokochleografie, BERA (Brainstem Evoked Response Audiometry), a závěrem i k největšímu klinickému úspěchu otologie minulého století, kochleární implantaci (obr. 1, 2). Vícekanálové implantáty se zlepšeným řečovým procesorem nyní pomáhají hluchým dětem i dospělým, stejně jako pacientům s těžkou ztrátou sluchu, kteří dosahují pouze minimálního benefitu užitím klasických sluchadel. Kochleární implantace byla v posledních letech 20. století doplněna o další stupeň sluchové neuroprotézy, implantaci kmenovou, vhodnou dokonce i při zničení sluchového nervu distálně od mozkového kmene.
V druhé polovině 20. století byly práce elektrofyziologů zdrojem množství nových informací. Dvě jiné výzkumné strategie poskytly překvapivé odpovědi a nastolily nové otázky. Laureát Nobelovy ceny za rok 1961 Georg von Békésy představil mikromechanický trend ve výzkumu sluchu, když koncem dvacátých let na základě série svých experimentů popsal fyzikální mechanismus stimulace kochley. V sedmdesátých letech objevil Kemp otoakustické emise, v osmdesátých popsal Brownell aktivní pohyby zevních vláskových buněk. Jejich práce vynesly mikromechanické výzkumy na ohromující vrchol poznáním, že tyto mechanismy přispívají k ostrosti senzitivity a frekvenční specifitě vnitřního ucha. Zatímco von Békésy pokračoval ve svých experimentech, zjevila se na scéně transmisní a skenovací elektronová mikroskopie a nastolila otázky: Co jsou tyto nově viděné struktury a z čeho jsou složeny?
S odhalením struktury DNA Watsonem a Crickem v padesátých letech brzy následovaly odpovědi na molekulární otázky. V sedmdesátých letech vypukla molekulárně biologická revoluce, v osmdesátých letech byla v plném rozkvětu. Výzkum v otorinolaryngologii a chirurgii hlavy a krku také vstoupil do této molekulárně biologické éry. Ačkoli neurofyziologické, mikromechanické a elektrofyziologické přístupy poskytly a dosud poskytují mimořádně důležité informace o normálních procesech a patofyziologii nemocí a poruch, nic nedokáže podat přesnější a cennější informace o podstatě nemoci a jak může být tato nemoc potlačena než molekulární biologie. Tyto informace, které nám dává, mohou odhalit příčinu poruchy a s vysokou pravděpodobností mohou být využity přímo k modifikaci patogeneze poruchy.
Příkladem může být lokalizace mnohých genů odpovědných za vrozené sluchové poruchy. Tyto geny ovlivňují normální vývoj a funkci vnitřního ucha. Již byla identifikována řada genů dominantních, recesivních i vázaných na X chromozom, které jsou odpovědné za různé formy nesyndromických sluchových poruch, stejně tak mnoho genů odpovědných za syndromové sluchové poruchy. Poté, co byla řada těchto genů naklonována a sekvencována a byla určena funkce jejich zdravých alel, bylo rozřešeno mnoho dlouhotrvajících a dosud neodhalených tajemství. Například nyní je již jasné, že alela jednoho z genů, který je zodpovědný za určitý typ Waardenburgova syndromu, kontroluje migraci progenitorů melanocytů z neurální lišty do stria vascularis. Zvířecí model Waardenburgova syndromu ukazuje, že absence melanocytů ve stria vascularis vede k redukci endokochleárního potenciálu.
Jiný příklad rozluštění tajemství patogeneze poruchy nás zavede do čichového systému. Alely genu zodpovědného za Kallmannův syndrom jsou nezbytné pro řádnou regulaci migrace neuronů čichového receptoru do čichového neuroepitelu a neuronů, které syntetizují gonadotropin-releasing hormon do hypotalamu, z čichové plakody. V roce 1991 po-psali Buck a Axel širokou rodinu genů čichového receptoru; demonstrovali tak vývojovou důležitost čichu a poskytli vysvětlení specifických anosmií. Jejich historický objev nastartoval výzkum čichu a zároveň významně přispěl k obecnému biologickému poznání. Počet genů, které se věnují čichu, je odhadován na podobný počet, jaký determinuje imunitní systém.
Technologie molekulární medicíny má potenciál změnit medicínu, jak ji známe nyní. Věda přispívá k víře v teorii, že většina, ne-li všechny, poruch lidské komunikace je geneticky determinovaná. Současné znalosti podporují názor, že mnoho poruch lidské komunikace, o kterých se soudilo, že jsou zapříčiněné faktory zevního prostředí, je ve skutečnosti na genetickém podkladě. Například Fischel-Ghodsian nalezl mitochondriální mutaci predisponující běžné asijské rodiny ke zvýšené citlivosti k ototoxicitě aminoglykosidů. Variabilita v individuální i rodinné náchylnosti k sluchové ztrátě z přetížení a presbyakusii svědčí pro fakt, že genetická predispozice může existovat i u těchto poruch. Stanovení molekulárních mechanismů podílejících se na těchto formách sluchových postižení, stejně jako dalších komunikačních poruch, jako jsou autismus, koktavost a dyslexie, je v plném proudu. Na základě těchto informací se rozvíjí nová éra molekulárně preventivní medicíny.
Stručně nahlédněme i do dalších oblastí otorinolaryngologie a chirurgie hlavy a krku. Výzkum přinesl značný pokrok také v protinádorové terapii nejběžnější malignity této oblasti, dlaždicobuněčného karcinomu hlavy a krku. Sofistikovanější radioterapeutické postupy, stejně jako konkomitantní aplikace chemoterapie s aktinoterapií přinesly prodloužení přežití postižených pacientů. Orgány zachovávající léčebné protokoly umožňují dnes dlouhodobé přežití i u pokročilých nádorových procesů, které byly dříve řešeny rozsáhlými mutilujícími chirurgickými zákroky. Základní výzkum přinesl cenné informace o mukociliárním motilitě a pomohl tak k rozvoji významné moderní chirurgické techniky - endoskopické funkční chirurgii nosu. Výsledkem lepšího porozumění vaskulární anatomie a fyziologie perfuze byly mikrovaskulární techniky využívané v rekonstrukční a plastické chirurgii hlavy a krku. Léčba zlomenin obličejového skeletu doznala zlepšení se zavedením konceptu hojení primární fraktury a absolutní stability jako preferované metody kraniofaciální fixace.
Tkáňové inženýrství v dnešní otorinolaryngologii a chirurgii hlavy a krku
Nyní zpět do současnosti. Podívejme se stručně a povšechně, ale přeci jen trochu blíže na jednu z velmi progresivních oblastí aktuálního výzkumu. Tkáňové inženýrství je pole výzkumu, které vyžaduje úzkou interdisciplinární spolupráci mezi kliniky, buněčnými biology a výzkumníky zabývajícími se technologií materiálů. Mnohé medicínské obory používají metodiku tkáňového inženýrství pro vývoj umělých tkáňových náhrad. Stav tohoto procesu sahá od základního výzkumu a preklinických studií až po klinické aplikace. Navzdory mnohým zavedeným metodám tkáňových náhrad v otorinolaryngologii a chirurgii hlavy a krku (rotační, volné laloky, neuroprotézy atd.) otvírá tkáňové inženýrství nové cesty pro buněčné a tkáňové náhrady v tomto lékařském oboru. Autologní chrupavčitý transplantát stále zůstává zlatým standardem v plastické rekonstrukční chirurgii nosu a zevního ucha. Avšak omezené množství chrupavek, které je možno získat pro rekonstrukční chirurgii hlavy a krku, poskytuje této tkáni šanci stát se jedním z nejdůležitějších cílů tkáňového inženýrství tohoto oboru. Přes úspěchy v generaci bioarteficiální chrupavky in vitro jsou transplantáty po implantaci do těla pacienta často postiženy resorpcí.
Náhrada kostí obličeje či kalvy se může stát nutností po resekci tumoru, po traumatu, zánětu nebo v případě malformací. Kostní tkáňové inženýrství může kombinovat výhody autologní kostní náhrady s minimálními požadavky na sekundární intervenci. Tři různé strategie jsou v současné době k dispozici pro ošetření kostěných defektů pomocí tkáňového inženýrství: a) založená na společné matrix, tedy strukturálním podkladu pro růst buněk a tkání; b) založená na aplikovaných růstových faktorech, usměrňujících kmenové buňky v diferenciaci směrem k příslušné tkáni; c) založená na použití buněk specifických pro generovanou tkáň. Všechny tři léčebné strategie mohou být pro rekonstrukci či regeneraci kosti použity buď samostatně, nebo v kombinaci.
In vitro generovaný respirační epitel je indikován hlavně k použití v rekonstrukční chirurgii trachey a hrtanu. Bioarteficiální respirační epitel by mohl být využit pro pokrytí tracheálních stentů, stejně jako přímý epitelový kryt pro profylaxi jizev po laserové chirurgii těchto regionů. Před klinickou aplikací je nezbytný průkaz použitelnosti a bezpečnosti v různých experimentálních protokolech na zvířecích modelech.
Dalším možným cílem tkáňového inženýrství je ovlivnění všech chorob spojených s trvalým omezením tvorby slin. Xerostomie vzniklá po radioterapii pacientů s karcinomy hlavy a krku je zvlášť důležitým problémem k řešení vzhledem k vysokému množství pacientů, které postihuje. Počet nově postižených pacientů se odhaduje na 500 000 každoročně na celém světě. Kauzální léčebná metoda pro postradiační poškození slinných žláz dosud není známa. To je pádný důvod pro snahy mnoha výzkumných skupin zodpovědět otázku, zda koncept tkáňového inženýrství a buněčné terapie může těmto pacientům pomoci.
Tkáňové inženýrství otvírá nové možnosti vytvářet vitální a funkční transplantáty. Rozmanité problémy stále čekají na vyřešení, než se bude moci přikročit ke klinickým aplikacím in vitro vykonstruovaných tkání. Pouze zlomek všech somati-ckých orgánově specifických buněk může být kultivován v dostatečném množství in vitro. Neadekvátní přísun kyslíku a živin v kulturách in vitro je dalším limitujícím faktorem pro konstrukci komplexních tkáňových a orgánových systémů. Přežití implantované tkáně je nejisté, jestliže není zajištěna výživa dostatečnou kapilární sítí.

Závěr
Niels Bohr řekl: „Předpověď je velmi nejistá, zvláště to platí o předpovědi do budoucna.“ Lidský genom začíná být pomalu komplexně zmapován. Určují se jednotlivé specifické funkce genů a jejich produktů. Lékaři snad budou v budoucnu využívat znalostí molekulární biologie k prevenci a kontrole chorobných procesů pomocí substituce, obnovy a přenosu genů v rámci genové terapie.
Navzdory Bohrovým poměrně skeptickým slovům je možno určitou předpověď bez obav vyslovit. Výzkum v otorinolaryngologii a chirurgii hlavy a krku, získávání nových a nových znalostí, to je absolutní základ pro další vývoj oboru v budoucnu. Je základem pro další zlepšení zdravotní péče.

Klinika otorinolaryngologie a chirurgie hlavy a krku 1. LF UK, FN Motol,
Anatomický ústav 1. LF UK, Praha