Фибробласты удалось перепрограммировать в инсулин-продуцирующие клетки поджелудочной железы

Ученые Института Гладстона разработали метод, потенциально позволяющий восполнить массу погибающих при диабете 1 типа клеток поджелудочной железы. Достигнутые американскими исследователями результаты, опубликованные в журнале Cell, – важный шаг к избавлению миллионов пациентов от инъекций инсулина, жизненно необходимых при этом заболевании. 

Причиной диабета 1 типа, который, как правило, развивается в детстве, является гибель бета-клеток поджелудочной железы, вырабатывающих гормон инсулин. Без инсулина ткани не могут усваивать находящиеся в крови сахара, такие как глюкоза. С заболеванием, которое раньше было равносильно смертному приговору, сейчас можно жить, следя за уровнем глюкозы в крови и регулярно получая инъекции инсулина. Однако более надежным решением проблемы была бы замена погибших бета-клеток. Но эти клетки трудно получить, и ученые с надеждой смотрят на клеточные технологии как на метод их создания. 

«Сила регенеративной медицины в том, что она может обеспечить неограниченный источник функциональных инсулин-продуцирующих бета-клеток, которые можно пересадить пациенту», – говорит профессор Калифорнийского университета в Сан-Франциско (University of California, San Francisco, UCSF) Шэн Дин (Sheng Ding). «Но предыдущие попытки получить большие количества здоровых бета-клеток – и разработать технологичную систему доставки – до сих пор не принесли успеха. Поэтому мы использовали несколько иной подход». 

Работа доктора Дина базируется на методах клеточного перепрограммирования Шинья Яманака (Shinya Yamanaka), MD, PhD. Разработка метода трансформации взрослых клеток кожи в так называемые индуцированные плюрипотентные стволовые клетки, обладающие свойствами эмбриональных стволовых клеток, принесшая доктору Яманака Нобелевскую премию, радикально расширяет область клеточной биологии и исследования стволовых клеток. В новом исследовании доктор Дин сосредоточил свое внимание на перепрограммировании клеток кожи в бета-клетки поджелудочной железы с помощью уже существующей iPSCs-технологии, но внес в этот метод свою «изюминку». Используя уникальный химический коктейль из малых молекул и других факторов перепрограммирования, доктор Дин не «разрешает» клеткам переходить в состояние плюрипотентности. Это позволяет избежать потенциальной опасности того, что при использовании для замены или восстановления поврежденных органов или тканей некоторые плюрипотентные клетки – генетические «уклонисты» – разовьются в опухоль. Кроме того, этот метод дает возможность создавать гораздо большее число клеток для научных исследований или регенеративной медицины. 

Одна из основных проблем в получении больших количеств бета-клеток состоит в том, что клетки этого типа обладают ограниченной способностью к регенерации. Если они достигли зрелости, их количество трудно увеличить. Поэтому профессор Дин и его коллеги решили вернуть бета-клетки в состояние, соответствующее предыдущему этапу их жизненного цикла. 

Взяв клетки кожи лабораторных мышей (фибробласты), ученые обработали их уникальным «коктейлем» из молекул и факторов перепрограммирования и трансформировали в клетки, близкие к энтодермальным – DELCs (definitive endoderm-like cells). Энтодермальные клетки – тип клеток раннего эмбриона, из которых в конечном итоге развивается большинство органов, включая поджелудочную железу. 

«Затем, используя другой химический коктейль, мы трансформировали эти энтодермаподобные клетки в клетки, имитирующие клетки ранней стадии развития поджелудочной железы, которые мы назвали PPLCs (pancreatic progenitor-like cells)», – говорит постдокторант Кэ Ли (Ke Li), PhD, ведущий автор статьи. 

«Нашей первоначальной целью было выяснить, сможем ли мы направить развитие PPLCs в зрелые клетки, которые, как бета-клетки, отвечают на нужные химические сигналы, и, что самое важное, секретируют инсулин. И наши первые эксперименты в чашке Петри показали, что они это могут». 

Затем ученые должны были удостовериться, что то же происходит и в живых животных моделях. Поэтому они трансплантировали свои PPLCs мышам с моделью гипергликемии (высокого уровня сахара в крови) – ключевого признака диабета. 

«Важно отметить, что всего через неделю после трансплантации уровень глюкозы у животных начал снижаться, постепенно приближаясь в нормальному», – продолжает доктор Ли. «Удалив пересаженные клетки, мы увидели мгновенный выброс глюкозы, что говорило о прямой связи между трансплантацией PPLCs и снижением гипергликемии». 

Но наиболее значимые изменения ученые увидели через восемь недель после трансплантации: PPLCs дали начало полностью функциональным инсулин-продуцирующим бета-клеткам. 

«Эти результаты не только демонстрируют возможности низкомолекулярных соединений в клеточном перепрограммировании, но и подтверждают состоятельность концепции, которая однажды может быть использована как персонализированный терапевтический подход к лечению пациентов», – объясняет профессор Дин. 

«Меня особенно волнуют перспективы трансляции этих результатов в человеческую модель», – говорит директор Центра диабета UCSF Маттиас Хеброк (Matthias Hebrok), PhD, один из авторов статьи. «Сейчас же этот метод существенно углубит понимание того, как наследственные дефекты бета-клеток могут приводить к диабету, значительно приближая нас к столь необходимым методам излечения этого заболевания».