Клетки поджелудочной железы из стволовых клеток

Колыбель для поджелудочной железы

Поджелудочную железу для трансплантации можно выращивать в межвидовых химерах.

Гормон инсулин синтезируют особые клетки поджелудочной железы. Если они по какой-то причине гибнут, начинается диабет первого типа: из-за недостатка инсулина наши органы и ткани не могут правильно усваивать глюкозу, уровень сахара в крови повышается, и вслед за нарушенным обменом веществ развиваются серьёзные проблемы со здоровьем. И даже если мы устраним причину, по которой погибли инсулиновые клетки, их нужно как-то восстановить.

Само собой напрашивается, что их можно пересадить, либо вместе с целой поджелудочной железой, либо только сами эти клетки, которые образуют в железе характерные скопления под названием островки Лангерганса. Однако, как и при всякой трансплантации, здесь неизбежно возникают две проблемы: во-первых, нужен донор, во-вторых, нужно постоянно быть готовым к отторжению пересаженной ткани. С отторжением обычно борются, подавляя активность иммунитета специальными препаратами, но тут уже надо быть готовым к тому, что «сонная» иммунная система пропустит инфекцию или рак.

Проблемы отторжения удалось бы избежать, если бы пересаживаемый орган или клетки генетически совпадали с организмом, в который их пересаживают. Откуда же взять такую «вторую копию»? Очевидно, тут нужны стволовые клетки, причём не натуральные эмбриональные, а индуцированные, которые получают искусственным образом при перепрограммировании каких-нибудь зрелых, специализированных клеток. Например, взяв у больного клетки кожи, их можно перепрограммировать в стволовые, чтобы потом из них вырастить орган или ткань на замену испорченной. Однако во многих случаях невозможно сделать то, что требуется, просто на лабораторном столе – чтобы орган или его фрагмент сформировались так, как надо, он должен развиваться в естественной среде, то есть в целом организме.

Некоторое время назад исследователи из Токийского университета вместе с коллегами из Стэнфорда сумели вырастить крысиную поджелудочную железу в организме мыши: мышиные стволовые клетки пересаживали крысам, после чего внутри у крыс вырастал орган, который по генетике был мышиным. Но как удалось избежать отторжения? Дело в том, что иммунной системе в ходе эмбрионального развития нужно время, чтобы научиться отличать «своих» от «чужих». Стволовые клетки пересаживали крысиным эмбрионам, у которых иммунитет ещё только развивался – всё, что иммунная система «видела» вокруг себя в зародыше, она считала «своими», и чужие стволовые клетки, из которых потом получалась поджелудочная, тоже становились для неё «своими».

Железа в итоге получалась крысиная во всём, кроме размера – по величине она была мышиной, и инсулиновых клеток в ней не хватало, чтобы полностью восполнить их недостачу у крысы с диабетом. Тогда исследователи поменяли животных ролями, и таким же способом вырастили в крысе поджелудочную железу мыши. Крыс модифицировали так, чтобы собственная поджелудочная у них не формировалась и не мешала той, что будет расти из мышиных стволовых клеток. В результате в крысах получали железу, которая генетически соответствовала мышам, но по размеру при этом была крысиной – то есть материала для пересадки в ней было более чем достаточно.

В статье в Nature говорится, что пересадки скоплений инсулиновых клеток (а таких скоплений пересадили более сотни) мышам с диабетом, уровень сахара в крови у них приходил в норму, и оставался в норме в течение 370 дней. Поскольку при трансплантации в организм мыши так или иначе попадали крысиные клетки, мышам пять дней после операции давали иммуносуппрессоры, чтобы иммунитет, который неизбежно должен был отреагировать на «чужаков», не вышел из-под контроля. Однако потом иммуносуппрессоры давать переставали, и никакого отторжения не случалось. Когда в конце эксперимента инсулиновые островки Лангерганса извлекали для анализа, то крысиных клеток там не было: иммунитет их выедал, и, выполнив свою задачу, успокаивался – атаковать сами инсулиновые клетки ему резонов не было, так как они генетически не отличались от самой мыши.

Обычно, когда речь идёт о манипуляциях со стволовыми клетками, то непременно упоминают про опасность рака: если такая клетка испортится, она легко может начать формировать злокачественную опухоль. Однако в данном случае никаких признаков онкологических процессов у мышей не было – вероятно, потому, что железа и инсулиновые клетки развивались в эмбрионе (пусть и крысином), то есть в более подходящей для них среде.

Итак, как мы видим, в принципе для выращивания органов можно использовать вообще представителей другого биологического вида. Реально ли проделать ту же процедуру с человеческими клетками и, к примеру, со свиньёй или овцой? Наверно, вполне реально: введя стволовые клетки человека в эмбрион свиньи, мы получим прекрасный материал для пересадки, которые не будет раздражать нашу иммунную систему. Однако прежде чем такой метод войдёт в медицинскую практику, здесь, кроме множества необходимых экспериментов, потребуется уладить ещё и ряд этических вопросов, которые, разумеется, у кого-нибудь неизбежно возникнут.

Читайте также:

Пересаженные инсулиновые клетки защитили от иммунитета

Диабет первого типа можно преодолеть с помощью пересадки новых инсулиновых клеток, защищённых от иммунной агрессии специальной капсулой.

Читать целиком

Случайная статья

Новое исследование, опубликованное в журнале Cell Stem Cell, описывает, как
ученые разработали способ получения популяций чисто тканеспецифических клеток из плюрипотентных стволовых клеток человека.

Плюрипотентные стволовые клетки человека (hPSCs) являются клетками-предшественниками, которые могут продуцировать более 200 различных
типы клеток в организме человека. Они имеют большие перспективы для регенеративной медицины и лекарств
скрининг. Идея состоит в том, чтобы иметь возможность генерировать ряд чистых типов тканей, манипулируя
эти клетки-предшественники.

Однако очень трудно получить большое количество чистых, незапятнанных, тканеспецифичных клеток из hPSCs. Часть проблемы заключается в том, как обеспечить
сигналы, которые не уговаривают их пути, которые приводят к ряду других тканей
типов.

Теперь команда, возглавляемая Институтом генома Сингапура (GIS) в Агентстве по науке,
Технологии и исследования (A * STAR) разработали новый способ получения hPSC для получения
чистые популяции энтодермы, ценный тип клеток, который дает начало органам, таким как печень и
поджелудочной железы, приближая день, когда стволовые клетки могут быть использованы в клинических условиях.

Команда разрабатывает дорожную карту сигнализации для коаксиализации hPSC в чистые клетки энтодермы

Одним из руководителей исследования является доктор Бинг Лим, старший руководитель группы и заместитель директора
Рак Биология стволовых клеток в ГИС. Он и его коллеги разработали очень систематический и
новый метод скрининга.

Метод выявляет белки и сигнальные химические вещества, которые угнетают образование одного
желаемый тип клеток, в то же время блокируя те, которые способствуют развитию нежелательных клеток
типы.

Они обнаружили, что комбинация сигналов участвует в уговаривании hPSC для формирования чистой популяции
энтодермальные клетки. Их работа эффективно создала «сигнальную дорожную карту» для путей
участие.

Исследование также показывает новое понимание того, как решаются судьбы клеток во время стволовых клеток.
дифференцирование.

Авторы пишут:

«Мы систематически блокировали альтернативные судьбы на протяжении нескольких последовательных бифуркаций,
тем самым эффективно дифференцируя несколько линий hPSC исключительно в энтодерму и ее
производные «.р>

Команда также создает модель «неактивных энхансеров»

Затем команда использовала секвенирование следующего поколения и биоинформатику, чтобы точно идентифицировать ключевые
генетические элементы, которые могут направлять дифференцировку клеток.

Они обнаружили спящие фрагменты ДНК, известные как энхансеры, которые становятся активными и включаются
соседние гены, когда дифференцируются hPSCs — уже были сконфигурированы в предварительно дифференцированном
клетки.р>

Фактически, они нашли большой набор этих «неактивных энхансеров», способных к конвертации.
в активное состояние на дифференциацию.

Таким образом, исследование предоставляет не только сигнальную дорожную карту, но и всеобъемлющую модель того, как
энхансеры регулируют дифференцировку клеток. Это должно быть очень полезным ресурсом для стволовых клеток
исследователи.

Томас Граф, профессор и координатор Программы дифференциации и рака в
Центр геномного регулирования в Барселоне, Испания, комментирует исследование:

« Используя эту новую стратегию, работа прекрасно показывает, как можно ориентироваться на hPSC
дифференцироваться в энтодермальные клетки с высокой эффективностью. Описанная стратегия должна быть
более широко применимы к другим желаемым типам клеток. «

р. Лим добавляет:

«Этот беспрецедентный доступ к высокочистой популяции энтодермальных клеток привлекает
фармацевтические компании, которые заинтересованы в дальнейшем изготовлении клеток печени человека для тестирования препарата
токсичность «.

Между тем другая группа исследователей в Швеции сообщила об успехах в разработке нового способа
увеличить запас эмбрионального стебля
клетки. Они говорят, что их метод может производить высококачественные эмбриональные стволовые клетки человека на
крупномасштабный, без уничтожения эмбрионов.

Впервые о диабете первого типа (СД1) заговорили ещё в Древнем Египте, и с тех пор медики немало преуспели в лечении этого опасного заболевания. Тем не менее частые инъекции инсулина по-прежнему являются повседневной частью жизни многих людей, страдающих этим недугом. Возможно, в скором времени такие процедуры могут остаться в прошлом.

Недавно исследователи из Калифорнийского университета в Сан-Франциско превратили стволовые клетки человека в функциональные клетки, продуцирующие инсулин (также известные как бета-клетки).

Напомним, что по сравнению с диабетом второго типа СД1 является более тяжёлой формой болезни, и до появления инъекций инсулина она была смертельной.

Сахарный диабет первого типа характеризуется абсолютной недостаточностью инсулина: поджелудочная железа его просто не вырабатывает. Иммунная система организма начинает «воевать против себя» и атакует бета-клетки, производящие этот гормон, поэтому СД1 является аутоиммунным заболеванием.

Первый тип обычно диагностируется в детстве (впрочем, недавно оказалось, что в данном случае речь часто идёт об ошибке).

Пациентам с диабетом первого типа требуются ежедневные инъекции инсулина. Несмотря на то, что это довольно хорошее лечение, саму систему сложно назвать идеальной.

В целом пациенты с подобным состоянием могут жить вполне нормальной жизнью, но при этом у них есть повышенный риск развития почечной недостаточности, болезней сердца и инсульта.

На сегодняшний день существуют альтернативные методы лечения диабета первого типа: введение новых бета-клеток или замена поджелудочной железы на новую. Впрочем, оба варианта имеют свои минусы, поскольку речь идёт о донорских органах.

Чтобы решить проблему нехватки доноров, исследователи в течение последних нескольких лет пытались заставить стволовые клетки преобразовываться в полностью функциональные бета-клетки поджелудочной железы. Однако они столкнулись с рядом проблем.

«Клетки, которые мы и другие [исследователи] создавали, оставались на неразвитой стадии, когда они не могли в достаточной мере реагировать на уровень глюкозы в крови и выделять инсулин должным образом. Это стало основной проблемой», – говорит один из членов команды микрофизиолог Матиас Хеброк (Matthias Hebrok) из Калифорнийского университета в Сан-Франциско.

Дальнейшие исследования помогли решить проблемы: команда изучила то, как эти клетки развиваются в поджелудочной железе. Они отделаются от остальной поджелудочной железы и уплотняются в выступы под названием островы Лангерганса.

Команда исследовала этот процесс в чашке Петри, искусственно отделяя стволовые клетки поджелудочной железы, чтобы реорганизовать их в островковые кластеры, которые они естественным образом формируют в организме.

Такая работа позволила стволовым клеткам поджелудочной железы созревать и функционировать так же, как обычные клетки, вырабатывающие инсулин.

Более того, учёные пересадили полученные «островки» в организм здоровых мышей. Оказалось, что клетки вырабатывали инсулин в ответ на изменение уровеня сахара в крови в течение нескольких дней.

«Теперь мы можем создавать клетки, продуцирующие инсулин, которые выглядят и действуют так же, как бета-клетки поджелудочной железы, которые присутствуют у нас с вами», – объясняет Хеброк.

По его мнению, это важный шаг на пути к созданию клеток, которые можно было бы пересадить пациентам с диабетом.

Учёные пересадили полученные островки в организм здоровых мышей.

Конечно, как и в случае с любыми исследованиями на мышах, медики пока не могут сказать, как их методика скажется на организме человека. Специалистам предстоит проделать ещё немало работы, прежде чем будет разработало эффективное лечение.

Тем не менее они считают, что сделали огромный шаг вперёд, и в настоящее время работают над решением различных проблем.

Например, команда хочет понять, можно ли использовать методику редактирования генома CRISPR для изменения стволовых клеток таким образом, чтобы те оставались незамеченным для сверхактивной иммунной системы.

Научная статья по итогам работы представлена в издании Nature Cell Biology.