Большая международная группа ученых под руководством специалистов из Гарвардского университета сделала удивительное открытие в области регенеративной медицины: клетки привратника - одного из отделов желудка - биоинженеры превратили с помощью прямого перепрограммирования в бета-клетки, производящие инсулин - гормон, который контролирует уровень сахара в крови.
О своем достижении ученые сообщают в свежем номере престижного научного журнала Cell Stem Cell.
Как говорят авторы, возможно, когда-нибудь в будущем их достижение приведет к созданию абсолютно нового метода лечения сахарного диабета.
Напомним, что при сахарном диабете как 1, так и 2 типа происходит нарушение работы бета-клеток островков Лангерганса поджелудочной железы, которые производят инсулин, в результате уровень сахара в крови перестает регулироваться.
«Что особенно впечатляет в этом исследовании, это то, что с помощью биопсии можно будет взять у пациента его собственные клетки привратника, перепрограммировать их в бета-клетки, а затем трансплантировать в организм. Поскольку они будут получены из собственных же клеток пациента, не будет происходить никакого отторжения при пересадке. Все это удивительно. Мы над этим сейчас работаем», - говорит ведущий автор работы Цяо Чжоу (Qiao Zhou).
«От носа до хвоста»
На поиск клеток, которые можно было бы превратить в бета-клетки, у ученых ушло много времени.
«Мы искали везде, изучали все клетки мыши от носа до хвоста. Наконец, мы обнаружили, что клетки привратника в желудке являются наиболее подходящим кандидатом. Возможно, все дело в том, что, как оказалось, многие гены, ответственные за работу бета-клеток, также работают и в привратнике. Это касается эндокринных клеток привратника, которые вырабатывают ряд гормонов», - говорит Чжоу.
Напомним, что желудок состоит из двух отделов. Так называемого тела, где вырабатываются пептидазы и кислоты, и привратника, в котором находятся клетки, продуцирующие слизь и эндокринные клетки, синтезирующие гормоны – гастрин, мотилин, соматостатин, гистамин, серотонин.
Открыв потенциал клеток привратника, ученые затем стали искать способы превращения этих клеток в клетки, производящие инсулин. И обнаружили гены, которые могут это сделать.
С помощью особых манипуляций они включили нужные гены у мышей, и клетки привратника превратились в бета-клетки.
«Но не можем же мы подобные генетические манипуляции производить в организме людей. Поэтому мы решили, что нужно идти немного другим путем», - говорит Чжоу.
Шарик с бета-клетками
И вот, что сделали ученые: они взяли клетки привратника у мышей, также напрямую перепрограммировали их в бета–клетки, а затем заставили их сформировать крошечный шарообразный органоид. Такой органоид состоял из нескольких слоев клеток - бета- и стволовых. Получается, что он мог не только производить инсулин, но и обновлять популяцию бета-клеток с помощью стволовых клеток.
В самой ответственной части эксперимента такой органоид трансплантировали в брюшную полость мышам, у которых бета-клетки отсутствовали. Эксперимент оказался удачным – бета-клетки заработали: стали производить достаточное количество инсулина и уровень сахара в крови оказался у пяти животных из 22 в пределах нормы. Ученые считают это большой удачей.
Что пытались сделать до этого…..
Стоит добавить, что это не первая попытка создания клеток, которые производили бы инсулин, и могли бы в будущем использоваться для лечения сахарного диабета.
Например, существуют работы, когда человеческие эмбриональные стволовые клетки превращают в бета-клетки поджелудочной железы.
А совсем недавно биоинженерам из Калифорнийского университета удалось получить бета-клетки из индуцированных плюрипотентных стволовых клеток человека, полученных из кожи пациентов с сахарным диабетом.
Как показали эксперименты на мышах, эти клетки в организме животных успешно работали и производили инсулин.
Но все эти методы оперируют со стволовыми клетками, а в них скрывается одна серьезная опасность. Поскольку стволовые клетки имеют потенциал превращаться практически во все виды клеток, они могут не справиться со своей плюрипотентностью и превратиться в раковую опухоль. Именно это одна из причин, которая тормозит применение стволовых клеток в клинической практике. Хотя для лечения некоторых болезней, стволовые клетки успешно применяются.
В нынешнем исследовании ученым удалось миновать «опасную» стволовую стадию, поскольку они использовали метод прямого перепрограммирования. Кроме того, им впервые удалось создать органоид, состоящий их перепрограммированных клеток привратника, производящих инсулин.
