Naukowcy z powodzeniem przetestowali na myszach nową technikę przekształcania ludzkich komórek macierzystych w komórki beta trzustki produkujące insulinę. Stan gryzoni z ostrą postacią cukrzycy, które zostały poddane terapii, szybko uległ poprawie. Poziom glukozy we krwi wrócił do normy i pozostał w tym stanie przez wiele miesięcy.
Naukowcy z Washington University School of Medicine w St. Louis opracowali nowy sposób na przekształcenie ludzkich pluripotencjalnych komórek macierzystych do trzustkowych komórek beta wytwarzających insulinę. Kiedy te komórki przeszczepiono myszom z ostrą postacią cukrzycy, ich stan szybko się poprawił.
- Te myszy miały bardzo ciężką cukrzycę, ale kiedy podaliśmy im komórki wydzielające insulinę, w ciągu dwóch tygodni ich poziom glukozy we krwi wrócił do normy i pozostał w tym stanie przez wiele miesięcy - powiedział kierujący badaniami dr Jeffrey R. Millman z Washington University.
Pluripotencjalne komórki macierzyste są zasadniczo pustymi, niezróżnicowanymi komórkami, zdolnymi do wzrostu do innych rodzajów komórek, które istnieją w całym organizmie. Wykorzystanie tego potencjału w kontekście cukrzycy oznacza, że badacze mogą opracować sposoby modyfikacji komórek macierzystych, aby stały się komórkami produkującymi insulinę, których brakuje cukrzykom, pomagając im kontrolować wysoki poziom cukru we krwi i zachować zdrowie.
Cukrzyca jest chorobą charakteryzującą się podwyższonym poziomem glukozy we krwi. Jest to spowodowane defektem pracy komórek beta trzustki, które wytwarzają insulinę. Insulina, która obniża poziom cukru we krwi, jest wytwarzana tylko przez komórki beta. W cukrzycy typu 1 komórki beta są niszczone przez układ odpornościowy. W następstwie tego zanika zdolność wytwarzania insuliny. W cukrzycy typu 2 zmniejszona jest wrażliwość tkanek na insulinę. Przez to organizm domaga się zwiększonej produkcji insuliny, co przekracza możliwości komórek beta. W rezultacie komórki beta nie działają poprawnie i poziom insuliny w organizmie maleje, choć nadal jest wytwarzana. Cukrzyca typu 2 jest najczęstszą postacią cukrzycy.
Wraz z prowadzonymi badaniami wzrasta nasze rozumienie procesów leżących u podstaw manipulacji komórkami macierzystymi. Tego typu badania prowadzone są od lat przez wiele instytucji. Zajmuje się tym także laboratorium Millmana. W 2016 roku uczeni opracowali sposób produkcji komórek wydzielających insulinę - pochodzących od pacjentów z cukrzycą typu 1 - które działały w odpowiedzi na glukozę. Kilka lat później ustalili, jak zwiększyć poziom wydzielania insuliny w komórkach beta pochodzących z komórek macierzystych.
Opublikowane właśnie w czasopiśmie „Nature Biotechnology” wyniki badań dotyczą innego zagadnienia. Uczeni wykazali, że opracowana przez nich nowa technika może skuteczniej przekształcać ludzkie komórki macierzyste w komórki produkujące insulinę, które skuteczniej kontrolują poziom cukru we krwi.
- Częstym problemem podczas próby przekształcenia ludzkiej komórki macierzystej w produkującą insulinę komórkę beta - lub neuron lub komórkę serca - jest to, że produkujesz także inne komórki, których nie chcesz. W przypadku komórek beta możemy uzyskać inne rodzaje komórek trzustki lub komórek wątroby - powiedział Millman. Komórki przekształcone nie w te komórki, co trzeba, nie wyrządzą szkód po przeszczepieniu ich do myszy, ale też nie będą leczyć.
- Potrzebujesz około miliarda komórek beta, aby wyleczyć osobę z cukrzycą. Ale jeśli jedna czwarta tworzonych komórek to tak naprawdę komórki wątroby lub inne komórki trzustki, leczenie choroby jest o 25 proc. trudniejsze – wyjaśnił Millman.
Korzystając z nowej techniki, zespół Millmana odkrył, że wyprodukowano znacznie mniej niechcianych komórek. Nowa technika dotyczy wewnętrznego rusztowania komórek, zwanego cytoszkieletem. Cytoszkielet nadaje komórce jej kształt i umożliwia jej interakcję z otaczającym środowiskiem, przekształcając sygnały fizyczne w sygnały biochemiczne.
- To zupełnie inne podejście. Wcześniej identyfikowaliśmy różne czynniki i białka i dodawaliśmy komórki, aby zobaczyć, co się stanie. Dzięki lepszemu zrozumieniu sygnałów mogliśmy sprawić, że proces ten będzie mniej przypadkowy – wyjaśnił Millman. Zrozumienie tego procesu pozwoliło zespołowi wyprodukować więcej komórek beta. Co ważne, nowa technika działa skutecznie na komórkach macierzystych z wielu różnych źródeł, znacznie zwiększając możliwości tej techniki.
- Byliśmy w stanie wytworzyć więcej komórek beta, a te komórki działały lepiej u myszy. Niektóre z myszy pozostały wyleczone przez ponad rok - podkreślił Millman.
Jednak przed zastosowaniem tej metody u ludzi jeszcze daleka droga. Naukowcy mają jeszcze wiele do zrobienia. Będą musieli przetestować komórki przez dłuższy czas na większych modelach zwierzęcych i pracować nad automatyzacją procesu przekształcania komórek macierzystych.
Źródło: Washington University School of Medicine in St. Louis, fot. Millman laboratory. Na zdjęciu komórki beta trzustki
