Cellebehandling for diabetes: Et nyt gennembrud - nyt håb

Cellebehandling for diabetes: Et nyt gennembrud – nyt håb

Suren Zakian, Sergey Medvedev
"Science First Hand" №1 (61), 2015

Om forfatterne

Suren Minasovich Zakian – Doctor of Biological Sciences, Professor, Laboratoriet for Epigenetik fra Institute of cytologi Genetics SB RAS, leder af Laboratoriet for Molecular and Cellular Medicine Novosibirsk Forskningsinstitut for blodcirkulationen Pathology. Akademiker E. Meshalkin, leder af laboratorie stamceller Institute of Chemical Biology og grundlæggende Medicine på SB RAS. Forfatter og medforfatter af 215 videnskabelige artikler, 5 patenter og 3 monografier.

Sergey Petrovich Medvedev – ph.d., seniorforsker ved Institut for Cytologi og genetik, russiske videnskabsakademi og Institute of Chemical Biology og grundlæggende Medicin SB RAS (Novosibirsk), en førende forsker i Novosibirsk Forskningsinstitut for cirkulation Patologi. Akademiker E.N. Meshalkin. Forfatter og medforfatter af 14 videnskabelige artikler.

I værkerne, der faldt i 2014 i bladets gennembrud Videnskab, Forskere har kunnet gøre betydelige fremskridt i udviklingen af ​​alternative terapi type 1-diabetes, essensen er at transplantationspatienter med de såkaldte pankreatiske betaceller,hormonproducerende insulin. Indtil nu er sådanne celler blevet opnået fra embryonets væv eller taget fra donorer posthumt. Deres brug blev imidlertid udsat for en række problemer, fra vævskompatibilitet til etisk. Vejen ud foreslået af forskere er transplantationen af ​​modne beta celler opnået i laboratoriet fra de stamme udifferentierede celler af patienten selv eller normale somatiske celler ved at omprogrammere dem. For udbredt anvendelse af denne teknologi er det nødvendigt at løse problemet med graftbeskyttelse, da type 1 diabetes er en autoimmun sygdom, og nye betaceller vil også blive udsat for angreb af immunsystemet.

Diabetes mellitus er den mest almindelige endokrine sygdom i verden: ifølge International Diabetes Federation, lider mere end 300 millioner mennesker af det. Sygdommen har ikke omgået familien Douglas Melton, lederen af ​​en af ​​de forskergrupper, der er involveret i udviklingen af ​​cellulær terapi til diabetes. Deres arbejde blev medtaget i listen over de mest fremragende videnskabelige resultater i 2014 ifølge tidsskriftet. Videnskab.

Diabetes mellitus, en sygdom præget af en vedvarende stigning i glucosekoncentrationen i blodet, er i dag en af ​​de tre mest almindelige sygdomsformer.I type 2 diabetes producerer beta-cellerne fra øerne Langerhans i bugspytkirtlen peptidhormoninsulin, som regulerer blodglukose, men kroppens væv mister følsomheden over for det. Denne mest almindelige (op til 80-90% af tilfældene) type diabetes mellitus, også kaldet insulin-uafhængig, udvikler sig overvejende i alderdommen og er karakteriseret ved et relativt mildt kursus.

I type 1 diabetes observeres en autoimmun læsion af pancreas-beta-celler, som producerer hormoninsulin. Denne type diabetes fører til en fuldstændig livslang afhængighed af insulininjektioner – i øjeblikket er det næsten den eneste måde at behandle denne alvorlige sygdom på. Patienten skal konstant overvåge glukoseniveauet i blodet og afhængigt af "hoppene" i niveauet af glukose justerer insulindoserne uafhængigt. I dette tilfælde udvikler patienten i hvert fald komplikationer: nyre- og kardiovaskulær dysfunktion, øjenskade (diabetisk retinopati), nekrotisk vævsskade. Resultatet er en signifikant reduktion i patienternes livskvalitet, og ofte handicap og tidlig død.

Når man taler om den alternative behandling af diabetes mellitus, er det nødvendigt at nævne eksistensen af ​​en forholdsvis vellykket praksis med transplantation af donorbetaceller. De er fremstillet af væv af embryonisk oprindelse eller taget posthumt fra donorer. Efter en sådan transplantation bliver patienten uafhængig af insulininjektioner i flere år. Problemerne med denne type terapi er forbundet med kvaliteten og mængden af ​​donormateriale, for ikke at nævne recipientens og donorens vævskompatibilitet. Efter transplantationen bliver patienterne tvunget til at tage stoffer, der undertrykker immunsystemets aktivitet, og efter nogle år opstår der stadig transplantatafstødning. En anden hindring er de etiske problemer forbundet med brugen af ​​embryonvæv.

Der er en vej ud af situationen: pancreas beta celler kan opnås in vitro (i laboratoriebetingelser) fra cellekulturer. Deres kilde kan være pluripotente humane stamceller, dvs. de "primære" udifferentierede celler, hvorfra alle celler fra vores organer og væv stammer. Både embryonale stamceller og inducerede pluripotente stamceller kan anvendes til at opnå beta celler,som opnås fra en normal voksenes normale somatiske celler ved at omprogrammere dem.

En af de mulige muligheder for celleterapi af diabetes er transplantationen af ​​en biokompatibel kapsel til en patient, der indeholder umodne betaceller afledt af embryonale stamceller eller fra patientens egne omprogrammerede celler.

Teknologier til fremstilling af inducerede pluripotente stamceller er kendte og ret veludviklede. Men at blive modne beta celler ud af dem er meget vanskeligere, da det er nødvendigt at bogstaveligt gengive i de petri skål de mest komplekse processer, der forekommer under menneskets embryonale udvikling ved hjælp af signalmolekyler og kemiske forbindelser, som leder udviklingen af ​​celler i den rigtige retning.

Listen over fremragende videnskabelig forskning sidste år, offentliggjort af tidsskriftet Videnskab, omfattede kun arbejdet i to forskergrupper: fra Harvard Stem Cell Institute (USA) og University of Massachusetts Medical School i Worcester (USA) under ledelse af D. Melton og fra University of British Columbia (Canada) og selskabet BetaLogics (USA) under ledelse af T. Kiefer, dedikeret til teknologien til at opnå in vitro pancreas-beta-celler (Pagliuca et al., 2014; Rezania et al., 2014). Ved at tage stamceller fra et humant embryo som et kildemateriale, opnåede forskere celler, der viste alle de grundlæggende kvaliteter af betaceller. Det vil sige, at visse gener "virkede" i dem og specifikke proteiner var til stede, således at disse celler var i stand til at producere insulin som reaktion på tilstedeværelsen af ​​glucose. Transplanteret til laboratoriemus fra en ren linje, der tjener som en eksperimentel model af diabetes, fungerede disse celler normalt og kompenserede for den oprindelige mangel på insulin!

Dette billede blev taget to uger efter implantation af en diabetisk laboratoriemus, in vitro beta-celler afledt fra en human embryonal stamcelle, i en nyrekapsel (fibrøst lag af bindevæv omkring nyren) hos en laboratoriepatienter med diabetes. Det kan ses, at de transplanterede celler dannede klynger og begyndte at producere hormoninsulinet. Insulin og glucagon (hormonet af alfa-cellerne i pankreasøerne af Langerhans) farves med antistoffer igrøn ogden røde farve; DNA af cellekerner – DAPI fluorescerende farvestofblå. Fluorescensmikroskopi. Foto med tilladelse til D. Melton (USA)

Den store fordel ved denne metode er, at den kan bruges til at fremstille fungerende betaceller i forholdsvis store mængder. Ved afslutningen af ​​processen kan op til 300 millioner celler opnås fra et enkelt dyrkningshætte med et volumen på 0,5 l – dette tal er tilstrækkeligt til at kompensere for det manglende insulin i en person, der vejer ca. 70 kg. Eller til at foretage screening blandt 30.000 individuelle kemiske forbindelser – potentielle lægemidler, hvis celler anvendes ikke til deres formål, men til farmakologiske undersøgelser.

Selvfølgelig skal de beskrevne teknologier forbedres. Især er det nødvendigt at udvikle detaljerede protokoller til opnåelse af beta celler fra inducerede pluripotente stamceller. Dette tillader ikke kun i nogen periode af patientens liv og praktisk taget fra nogen celler af sin egen organisme at opnå det krævede antal betaceller, men løser også problemet med donorens og modtagerens immunologiske uforenelighed.

Et andet problem er imidlertid fortsat: da type 1 diabetes er en autoimmun sygdom, vil nye beta celler blive angrebet af immunsystemet igen, ligesom patientens egne "native" celler engang var. Derfor skal transplanterede celler lære at beskytte! Kun i dette tilfælde kan en sådan behandling blive tilgængelig og vidt anvendelig, fordi anvendelsen af ​​immunosuppressive midler kun er berettiget i de mest alvorlige tilfælde.

Forskellige muligheder for sådan beskyttelse udvikles. For eksempel kan du dække cellerne med en speciel hydrogel, men i dette tilfælde vil de være meget sværere at fjerne fra kroppen, hvis det er nødvendigt. Derudover er der ikke mulighed for at forhindre deres indkapsling (indespærring i bindevævskæden) ligesom andre fremmedlegemer i kroppen, som vil blokere de transplanterede celler med en tilstrømning af næringsstoffer. Nu er der en søgning efter kemikalier, der er egnede til fremstilling af hydrogel, hvilket ikke vil forårsage en sådan virkning.

En anden løsning blev tilbudt af Melton-holdets konkurrenter – et amerikansk selskab. ViaCyte. Dens essens er at sætte en pool af umodne beta celler inde i kroppen i en biologisk kompatibel skal: det antages, at forstadierne af beta celler gradvist vil modne der og fungere med held.En sådan enhed er allerede oprettet; Desuden har virksomheden allerede lanceret første fase af kliniske forsøg. Men selvom resultaterne af lignende dyreforsøg ser lovende ud, er der bekymringer over effektiviteten af ​​denne metode.

Under alle omstændigheder inspirerer allerede nu tilgængelige teknologier håbet om, at problemet med behandling af diabetes vil blive løst snart. Anvendelsen af ​​betaceller produceret fra stamceller af patienter, selvom de hele tiden tages i immunosuppressive midler, kan være en stor lettelse for patienter med svær diabetes, der konstant oplever livstruende ændringer i blodsukker.

Referencer:
1. Pagliuca F. W., Melton D. A. Hvordan man laver en funktionel β-celle // Udvikling. 2013. V. 140. nr. 12. s. 2472-2483. DOI: 10.1242 / dev.093187.
2. Pagliuca F. W., Millman J. R., Gürtler M. et al. In vitro-generering af funktionelle humane pankreatiske β-celler // Cell. 2014. V. 159. № 2. P. 428-439. DOI: 10,1016 / j.cell.2014.09.040.
3. Rezania A., Bruin J. E., Arora P. et al. Tilbagevendelse af diabetes med insulinproducerende celler afledt af humane pluripotente stamceller // Nat. Biotechno. 2014. V. 32. nr. 11. s. 1121-1133. DOI: 10,1038 / nbt.3033.
4. Ledford H. Stemcelle succes udgør immunitet udfordring for diabetes // natur. 2014. V. 514. Nr. 7522. P. 281. DOI: 10.1038 / 514281a.


Like this post? Please share to your friends:
Skriv et svar

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: