Typ 1-diabetes: närmar sig behandling som genererar nya insulinceller
Ny forskning har sprungit ny mark i strävan efter en typ 1-diabetesbehandling som genererar insulinframställande celler.
Forskare från Köpenhamns universitet i Danmark och Helmholtz Zentrum München i Neuherberg, Tyskland har kartlagt signalerna som bestämmer öden för stamceller i bukspottkörteln.
Dessa omogna celler kan utvecklas till antingen holmceller som bildar insulin eller någon annan typ av cell.
Journalen Natur har en uppsats om resultaten.
Denna forskning avslöjar att pankreasfaderceller studsar runt och att deras omedelbara miljö, eller extracellulär matris, spelar en stark roll för att avgöra deras öde.
”Vi har nu kunnat”, säger professor Henrik Semb, seniorförfattare och chef för Institutet för translationell stamcellsforskning vid Helmholtz Zentrum München, “att kartlägga signalen som avgör om bukspottskörtelceller kommer att bli endokrina, såsom insulin- producerar betaceller eller kanalceller. ”
Typ 1-diabetes och holmceller
Insulin är ett hormon som hjälper celler att absorbera glukos och använda det för att producera energi.
Diabetes utvecklas när kroppens blodsockernivå är för hög. Detta kan hända antingen för att det inte finns tillräckligt med insulin (typ 1-diabetes) eller för att cellerna inte kan använda det ordentligt (typ 2-diabetes).
Siffror för 2015 från Centers for Disease Control and Prevention (CDC) tyder på att cirka 30,3 miljoner människor i USA hade diabetes det året. Cirka 5 procent av dem har typ 1-diabetes, vilket kräver daglig insulinbehandling.
Typ 1-diabetes utvecklas när immunsystemet förstör insulinproducerande celler i bukspottkörteln.
Dessa celler finns i kluster som kallas Langerhans holmar, som innehåller flera typer av celler som gör hormoner. De som producerar insulin kallas betaceller.
Den senaste studien fokuserade på stamceller. Dessa omogna celler är "tidiga ättlingar" till stamceller.
Precis som stamceller kan stamceller bli en eller flera typer av celler. Till skillnad från stamceller kan de dock inte fortsätta dela och reproducera på obestämd tid. Dessutom kan stamceller mogna till ett mer begränsat antal celltyper än stamceller.
Förfaderceller är "ständigt" på språng
Progenitorceller är svåra att studera eftersom de inte sitter stilla. "De rör sig ständigt i bukspottkörteln som utvecklas, vilket leder till frekventa miljöförändringar", konstaterar professor Semb.
Han jämför cellerna med pinballs som studsar runt i en maskin - deras "slutresultat baseras på summan av pin-möten."
För att undersöka hur varje stamfader reagerade på sin omgivning utan inblandning från andra celler tog han och hans kollegor stamfader som utvecklats från humana stamceller och sådd ut dem på glasglas som innehöll mikropatroner av matrisproteiner.
Prof. Semb säger att forskarna blev mycket förvånade över vad de upptäckte.
De fann att olika interaktioner med komponenter i den extracellulära matrisen förändrade det "mekaniska krafttillståndet inom stamfadern."
"Dessa krafter beror på interaktioner mellan den extracellulära matrisen, som ligger utanför cellen, och aktin-cytoskelettet, som finns i cellen", tillägger han.
Endokrin eller kanalcell?
Med hjälp av ytterligare experiment fann teamet att exponering för olika proteiner i den extracellulära matrisen styrde förfäderna till sina öden på olika sätt.
Beroende på de inblandade krafterna blev stamcellerna antingen kanalceller eller hormonproducerande (endokrina) holmceller.
"Experimenten visar att exponering för den extracellulära matrisen laminin instruerar stamcellerna mot ett endokrint öde genom att minska mekaniska krafter i cellerna", förklarar prof. Semb.
"Vice versa, exponering för fibronektin resulterar i en kanal öde på grund av ökade mekaniska krafter," tillägger han.
"Vår upptäckt bryter ny mark eftersom den förklarar hur multipotenta stamceller mognar till olika celltyper under organbildning."
Professor Henrik Semb
Teamets resultat bör hjälpa till att informera utvecklingen av behandlingar som gör insulinproducerande celler från stamceller.
"Vi kan nu ersätta betydande antal empiriskt härledda ämnen, vars verkningssätt i nuvarande toppmoderna differentieringsprotokoll till stor del är okänt, med små molekylhämmare som riktar sig mot specifika komponenter i den nyligen identifierade mekaniska signalvägen," Prof. Semb kommentarer.
Han tillägger att studien också har tillhandahållit en uppsättning verktyg för precisionsteknik som kan vara användbara vid utveckling av cellersättningsbehandlingar, inte bara för typ 1-diabetes utan också för andra allvarliga tillstånd, såsom neurodegenerativa sjukdomar.
I en video från Helmholtz Zentrum München sammanfattar professor Semb forskningen och förklarar den inflytelserika rollen hos den extracellulära matrisen för att bestämma ödet för omogna bukspottkörtelceller.
