Заменить островковые клетки

В прошлом году в Cell вышла статья исследовательской группы профессора Дугласа Мелтона из Харвардского университета. 23 года тому назад Мелтон, у которого тогда родился ребенок с диабетом 1 типа (Д1Т), решил посвятить себя поиску лекарства от этого заболевания.

И вот в прошлом году он получил интересные результаты.

Суть Д1Т сводится к аутоиммунной агрессии против островковых клеток поджелудочной железы, отвечающий за выработку инсулина и утилизацию глюкозы крови.

островковые клетки

Островковые клетки или островки Лангерганса

Все сегодняшнее лечение пациентов с диабетом первого типа сводится к инсулин-заместительной терапии, но это означает, в той или иной степени, ухудшение качества жизни.

Настоящее лечение требует восстановления пула инсулин-продуцирующих клеток у пациента. Дальше всех в этом направлении продвинулись исследователи, которые пытались пересаживать пациентам бета-клетки от погибших людей. Такие пациенты пять лет могли жить без инсулина.

Однако, эффективность этого метода лечения связана с необходимостью применять мощную иммуноподавляющую терапию, а также искать донорские клетки подходящего для трансплантации качества.

Ситуация поменялась, когда появились методы получения человеческих плюрипотентных стволовых клеток (ПСК) из неэмбрионального материала. Из этих предшественников можно создать любую дифференцированную соматическую клетку человека, в том числе и бета-клетку поджелудочной железы. А это означает доступ к неограниченному количеству клеток с выбранными или перепрограммированными свойствами.

В опытах на грызунах ученые уже научились за 3-4 месяца превращать ПСК в нормальную бета-клетку. Однако, попытки то же самое воспроизвести у человека пока что были безуспешны – получались либо незрелые клетки, либо клетки с неправильным фенотипом. В любом случае, они не могли продуцировать инсулин в ответ на изменение уровня глюкозы.

Так было до прошлого года.

Мелтону и его команде удалось превратить ПСК сначала в клетки эндодермы (DE), затем в клетки-предшественники ткани поджелудочной железы. А далее исследователи, потратив много времени на проверку более 150 комбинаций различных ростовых факторов (fibroblast growth factor, hedgehog inhibitor SANT1, retinoic acid и других), пока не добились дифференцированных клеток, реагирующих на изменение уровня глюкозы.

Протокол дифференциации занимает 4-5 недель. В результате получаются клетки, которые на дозированную нагрузку глюкозой синтезируют примерно столько же инсулина, сколько и обычные бета-клетки взрослого человека.

Полученные клетки исследователи имплантировали под капсулу почек мышам с предварительно подавленной иммунной системой. Через 2 недели после операции животным дали нагрузку глюкозой и через 30 минут померили у них человеческий инсулин в сравнении с контрольной группой.

имплантированные бета-клетки

Бета-клетки, полученные новым методом, вырабатывали человеческий инсулин через 30 минут после нагрузки. В контроле этого эффекта не было. Иммуногистохимическое исследование пересаженных клеток показало высокую экспрессию С-пептида (регулятора синтеза инсулина) – зеленый маркер.

Добилась команда успеха и на специальной линии мышей с мутацией гена, кодирующего инсулин, и устойчивой тощаковой гипергликемией. Пересадка бета-клеток, полученных из ПСК достоверно восстанавливала нормальный уровень глюкозы крови, по сравнению с контролем.

пересадка бета-клеток

PH – контроль, SC-β – новые бета-клетки.

Это первые эксперименты по превращению плюрипотентной стволовой клетки в полноценные человеческие бета-клетки, способные прижиться в организме реципиента и реагировать на увеличение содержания глюкозы выработкой инсулина. Эти трансформированные клетки даже собираются в островки, наподобие островков Лангерганса. Только диаметром эти островки получаются чуть больше обычных – 200-250 мкм вместо 100-150 мкм.

Дуглас Мелтон

«Мы всего лишь в одном шаге от начала клинических исследований» — заявил Дуглас Мелтон в интервью Harvard Gazette. Пока что исследовательская команда приступила к экспериментам на приматах.

Однако, есть одна существенная проблема, которую нужно будет как-то решить. Если новые бета-клетки полностью соответствуют своим естественным прототипам, то иммунная система пациента с диабетом первого типа атакует их, как она атаковала прежние клетки хозяина.

Пожизненное применение иммуноподавляющих препаратов, какими бы современными они не были, чревато серьезными побочными эффектами. Придется придумать что-то другое.

Мелтон договорился со своим коллегой Дэниелом Андерсоном, профессором прикладной биологии Массачусетского Технологического Института о создании средства доставки клеток, которое механически защитит их от иммунной системы пациента.

Дэниел Андерсон

У Андерсона одно из направлений работы лаборатории – «создание супербиосовместимых материалов для пересадки островковых клеток». Но никаких технических деталей на сайте лаборатории нет – видимо, коммерческая тайна.

Однако, я обнаружил статью в Endocrinology Reviews от 2011 года, в которой Андерсон был одним из соавторов. В этой статье обсуждаются механические способы «закрыть» островковые клетки от иммунной системы. Авторы объясняют плюсы и минусы помещения островков бета-клеток в пузыри из альгината – геля, которые получают из морских водорослей.

защищенные бета-клетки

Внутри таких пузырей бета-клетки защищены от ауто-реактивных Т-лимфоцитов.

Однако, с этими пузырями остается много технических сложностей:

  • Они должны быть проницаемы для кислорода и ростовых факторов
  • Они должны быть непроницаемы для антител и молекул комплемента
  • К ним нужно подвести сосуды, иначе клетки в центре островков будут погибать
  • Стенку нужно сделать иммунологической инертной, иначе вокруг пузыря будет воспаление и рубцевание

В более поздней статье на сайте Joslin Diabetes Center я нашел продолжение размышлений на эту тему. Вероятно, альгинат будут модифицировать – например, делать пузырь двухслойным.

Внешний слой будет содержать противовоспалительные молекулы, которые станут снижать активность иммунной системы внутри пузырей, а также молекулы, стимулирующие рост кровеносных сосудов. Внутренний слой будет закрывать островковые клетки от этих молекул, так как они могли бы повлиять на регуляцию синтеза инсулина.

Если у команд Мелтона и Андерсона получится сделать долгоиграющий защищенный трансплантант бета-клеток, то, вероятно, мы увидим клинические исследования с этим …лекарством, ….клетками… Как же это назвать? Американцы пишут “transplantation device”… Как бы оно не называлось – думаю, что именно этот метод придет на смену ежедневным инъекциям инсулина и помпам.

Добавить комментарий

Такой e-mail уже зарегистрирован. Воспользуйтесь формой входа или введите другой.

Вы ввели некорректные логин или пароль

Извините, для комментирования необходимо войти.