Впервые выращены клетки, продуцирующие инсулин

Учёные из Калифорнийского университета в Сан-Франциско (University of California, San Francisco, UCSF) впервые превратили стволовые клетки человека в зрелые бета-клетки, продуцирующие инсулин. Это крупнейший прорыв в исследованиях, направленных на разработку лечения диабета 1 типа.

Возможность замены данных клеток, недостаток которых характерен для пациентов с диабетом 1 типа, долгое время была целью регенеративной медицины. Однако до сих пор учёные не знали способа их получения в лабораторных условиях, который позволял бы им функционировать также, как у здоровых людей.

«Теперь мы можем создавать инсулин-продуцирующие клетки, которые выглядят и работают как бета-клетки поджелудочной железы, существующие у нас с вами. Это очень важный шаг на пути к нашей цели создания клеток, которые можно было бы трансплантировать пациентам с диабетом», — сказал доктор Матиас Хиброк (Matthias Hebrok), профессор и директор Центра исследования диабета UCSF.

Хиброк является ведущим автором нового исследования, результаты которого опубликованы 1 февраля 2019 года в журнале Nature Cell Biology.

Диабет 1 типа – аутоиммунное заболевание, часто диагностируемое ещё в детском возрасте, при котором разрушаются бета-клетки поджелудочной железы, вырабатывающие инсулин. Отсутствие регуляции уровня глюкозы инсулином может привести к высокой концентрации сахара в крови, что влечёт за собой серьёзные повреждения органов, вплоть до летального исхода.

Основное лечение на сегодняшний день заключается в регулярных инъекциях инсулина. Однако у людей с диабетом 1 типа существует повышенный риск осложнений, включающих развитие почечной недостаточности, болезни сердца, инсульт и ряд других заболеваний.

Диабетики, сталкивающиеся с опасными для жизни осложнениями, могут рассчитывать на пересадку поджелудочной железы от умершего донора. Но они проводятся нечасто, поскольку время ожидания велико: из приблизительно 1,5 миллиона человек, живущих с диабетом 1 типа в США, только около 1000 получают пересадку поджелудочной железы ежегодно.

Однако процедура трансплантации также рискованна: реципиенты на протяжении всей жизни должны принимать иммуносупрессоры, и многие трансплантаты не приживаются по той или иной причине. Пересадка только лишь панкреатических островков Лангерганса (скоплений клеток, содержащих здоровые бета-клетки) в настоящее время проходит клинические испытания, но все еще зависит от поджелудочной железы умерших доноров.

Доктор Хиброк и его коллеги долгое время надеялись использовать стволовые клетки для выращивания в лаборатории здоровых бета-клеток, которые можно пересадить пациентам без необходимости ожидания трансплантации поджелудочной железы или островков. Но в течение многих лет учёным не удавалось перепрограммировать стволовые клетки в полностью зрелые бета-клетки.

«Клетки, которые создавали мы и другие исследователи, останавливались в развитии на незрелой стадии, когда они не могли адекватно реагировать на уровень глюкозы в крови и должным образом секретировать инсулин. Это был главный камень преткновения в данной области», — сказал Хиброк.

В новом исследовании, которое возглавила Гопика Наир (Gopika Nair), Хиброк и его коллеги поняли, что ключ к получению полностью зрелых бета-клеток, выращенных в лаборатории, лежит в упущенном из виду аспекте развития бета-клеток. Во время данного процесса клетки отделяются от основной части поджелудочной железы и образуют островки Лангерганса.

«Ключевым принципом в биологии является то, что форма является следствием функции, поэтому мы пришли к выводу, что образование островков может быть важным процессом для правильного созревания бета-клеток», — сказала Наир.

Когда исследователи воспроизвели этот процесс в лабораторных условиях, искусственно разделив частично дифференцированные стволовые клетки поджелудочной железы и преобразовав их в островковые кластеры, развитие клеток внезапно ускорилось. Мало того, что бета-клетки стали реагировать на уровень сахара в крови активнее, чем зрелые инсулин-продуцирующие клетки, но и их окружение, включая менее изученные альфа- и дельта-клетки, также развивались путями, которые никогда до этого не наблюдались в искусственных условиях.

Исследователи пересадили выращенные в лаборатории островки здоровым мышам и обнаружили, что они функционировали в течение нескольких дней — вырабатывали инсулин в ответ на уровень сахара в крови так же, как собственные островки Лангерганса животных.

В сотрудничестве с биоинженерами, генетиками и другими коллегами из UCSF команда Хиброка уже работает над воплощением мечты о регенеративной терапии в реальность, например, используя технологию редактирования генов CRISPR, чтобы трансплантировать полученные клетки пациентам без необходимости приёма препаратов для подавления иммунитета.

Также проводится скрининг препаратов, способных восстановить нормальную функцию островков у пациентов с диабетом 1 типа при помощи увеличения количества их немногочисленных оставшихся бета-клеток для перезагрузки производства инсулина поджелудочной железой.

«Современные препараты, такие как инъекции инсулина, только лечат симптомы болезни», — сказала Наир. «Наша работа открывает несколько интересных путей, чтобы найти лекарство».

«Мы наконец-то смогли продвинуться по ряду направлений, которые ранее были для нас закрыты», — добавил Хиброк. «Возможности кажутся бесконечными».