Островковые клетки на чипе помогут найти лекарство от диабета
Новая технология производства островков Лангерганса на чипе позволит осуществлять непрерывный контроль инсулин-продуцирующих клеток, для определения их терапевтической ценности и пригодности к трансплантации.
Миниатюрный автоматизированный и простой в использовании прибор поможет в принятии решений врачами-клиницистами. Новый метод, основанный на стволовых клетках, упрощает исследования инсулинпродуцирующих клеток и инсулинстимулирующих соединений, а также улучшает скрининг лекарственных средств.
На создание дизайна островков на чипе учёных вдохновило строение поджелудочной железы человека, в которой островковые клетки (составляющие островки Лангерганса) получают непрерывный поток информации об уровне глюкозы из кровотока и регулируют производство инсулина по мере необходимости.
«Если мы хотим вылечить диабет, мы должны восстановить естественную функцию поджелудочной железы пациента производить и транспортировать инсулин», — объяснил Дуглас Мелтон (Douglas Melton), профессор в области стволовых клеток и регенеративной биологии в Университете Ксандера (Xander University) и содиректор Гарвардского Института стволовых клеток (Harvard Stem Cell Institute, HSCI).
«Бета-клетки, которые производятся в поджелудочной железе, измеряют уровни сахара и секреции инсулина, и обычно они очень хорошо справляются с этим. Но у больных сахарным диабетом данные клетки не могут нормально функционировать. Сейчас мы можем использовать стволовые клетки, чтобы создать здоровые бета-клетки. Но, как и при любой трансплантации, очень важно убедиться, что это будет безопасно».
Прежде чем пересадить бета-клетки пациенту, необходимо проверить их способность функционировать должным образом. Используемая на сегодняшний день методика основана на технологии 1970-х годов: доставка глюкозы клеткам, для ответной реакции выработки инсулина, сбор образцов, добавление реагентов и проведение измерений для определения уровня инсулина в каждом из них. Такой процесс, проводимый вручную, требует настолько много времени от самого начала до интерпретации результатов, что многие клиницисты отказываются от него совсем.
Новое автоматизированное миниатюрное устройство дает результаты в режиме реального времени, что позволяет ускорить принятие клинических решений.
«Наше устройство выстраивает островки в отдельные линии, доставляет глюкозу к каждому из них и определяет, сколько инсулина производится», — сказал кандидат наук Аарон Глиберман (Aaron Glieberman), соавтор статьи. «Оно сочетает стимуляцию глюкозой и обнаружение инсулина в одном, поэтому оно может быстро дать клиницисту реальную картину. В конструкции также используются материалы, пригодные для крупномасштабного производства, что означает, что больше людей смогут его использовать».
«Островки на чипе позволят наблюдать, как донорские или сконструированные островковые клетки производят инсулин, подобно клеткам организма», — сказал глава исследования Кевин Кит Паркер (Kevin Kit Parker), профессор биоинженерии и прикладной физики из Гарварда.
«Это означает, что мы можем серьезно продвинуться в использовании клеточной терапии при диабете. Это устройство облегчает подбор лекарств, стимулирующих секрецию инсулина, тестирование бета-клеток, полученных из стволовых клеток, и изучение фундаментальной биологии островков. Другой такой технологии контроля качества, которая могла бы делать это так же быстро и точно, на сегодняшний день нет».
Управление развития технологий Гарварда подало патентные заявки на данную технологию и активно изучает возможности ее коммерциализации.
«Захватывающе было наблюдать, как метод нашей лаборатории для тестирования функции островков переносится от отдельных клеток к гораздо большим группам клеток и включается в устройство, которое может широко использоваться», — сказал соавтор Майкл Ропер (Michael Roper) из Университета штата Флорида (Florida State University), руководитель лаборатории, изучающей фундаментальную биологию островков Лангерганса.
«Теперь у нас есть устройство, которое сочетает доставку глюкозы, определение местоположения и фиксацию островков, смешивание реагентов и детектирование инсулина и требует гораздо меньшего количества реагентов. Поэтому лаборатории могут использовать его для проведения большего количества экспериментов при той же цене, используя гораздо более короткий и простой процесс».
«Мой главный интерес связан с самим диабетом — у всех взрослых в моей семье диабет 2 типа, и именно поэтому я занялся наукой как карьерой», — говорит аспирант лаборатории Паркера Бенджамин Поуп (Benjamin Pope), один из первых авторов исследования, опубликованного в Lab on a Chip. «Я очень рад, что эта технология используется в исследованиях диабета и скрининга трансплантации, потому что она позволяет проводить клеточную терапию при диабете».
Помимо использования при диабете, устройство может применяться для работы с другими тканями и органами.
«Мы можем модифицировать основную технологию для определения функции в ряде микрофизиологических систем», — добавил Глиберман. «Имея возможность непрерывного мониторинга секреции клеток, мы хотим упростить изучение того, как клетки используют белковые сигналы для связи. Эта технология может, в конечном итоге, дать новое представление о динамических показателях здоровья как для диагностики, так и для лечения».
