Эксперимент с использованием человеческих стволовых клеток позволил обратить вспять диабет у мышей

Метод, позволяющий превращать человеческие стволовые клетки в клетки, вырабатывающие инсулин, может иметь огромные перспективы для будущих методов лечения диабета, если результаты, полученные в ходе недавнего эксперимента на мышах, будут успешно воспроизведены на людях.

В исследовании 2020 года ученые нашли новый способ превращения человеческих плюрипотентных стволовых клеток (hPSC) в бета-клетки поджелудочной железы, вырабатывающие инсулин. Когда эти клетки, вырабатывающие инсулин, были пересажены мышам, у которых была вызвана острая форма диабета, их состояние быстро излечилось.

"У этих мышей был очень тяжелый диабет с показателями сахара в крови более 500 миллиграммов на децилитр крови - уровень, который может быть смертельным для человека", — объяснил биомедицинский инженер Джеффри Р. Миллман из Вашингтонского университета в феврале прошлого года.

"Когда мы дали мышам клетки, выделяющие инсулин, в течение двух недель уровень глюкозы в их крови пришел в норму и оставался таким в течение многих месяцев".

Плюрипотентные стволовые клетки - это, по сути, пустые, недифференцированные клетки со способностью превращаться в другие виды клеток, которые существуют во всем организме. Использование этого потенциала в контексте диабета означает, что исследователи могут разработать способы изменения стволовых клеток, чтобы они стали клетками, вырабатывающими инсулин, которого не хватает диабетикам, что поможет им контролировать высокий уровень сахара в крови и оставаться здоровыми.

Ученые уже много лет исследуют, как это сделать, сообщая о ряде постепенных успехов на животных моделях по мере того, как растет наше понимание процессов, лежащих в основе манипулирования стволовыми клетками.

Лаборатория Миллмана тоже занимается этим. В 2016 году они разработали способ получения клеток, секретирующих инсулин - полученных от пациентов с диабетом 1 типа - которые функционируют в ответ на глюкозу. Несколько лет спустя они научились повышать уровень секреции инсулина в бета-клетках поджелудочной железы, полученных из стволовых клеток.

В последней работе они решили еще одну задачу: уменьшить количество "нецелевых" клеток, образующихся в ходе этих процессов, когда пустые клетки дифференцируются в другие виды клеток, не предназначенных для этого.

"Общая проблема, когда вы пытаетесь превратить человеческую стволовую клетку в инсулин-продуцирующую бета-клетку - или нейрон, или сердечную клетку - заключается в том, что вы также производите другие клетки, которые вам не нужны", — сказал Миллман.

"В случае с бета-клетками мы можем получить другие типы клеток поджелудочной железы или печени".

Эти "нецелевые" клетки не вредны, но они также не функциональны для таких целей, как контроль глюкозы, что ограничивает лечебный эффект лечения стволовыми клетками, поскольку вы работаете с менее терапевтически значимыми клетками, объясняют исследователи.

Однако эта новейшая методика, похоже, позволяет поддерживать дифференциацию клеток на должном уровне.

В исследовании 2020 года группа обнаружила, что транскрипционные факторы, побуждающие стволовые клетки превращаться в клетки поджелудочной железы, связаны с состоянием цитоскелета клетки - опорной структуры внутри клеток, которая действует как своего рода скелет, состоящий из микрофиламентов различных белковых волокон.

Один из этих белков называется актин, который играет важную роль в функционировании клеток и, как оказалось, в их дифференциации.

"Мы обнаружили, что манипулирование взаимодействием клеток с биоматериалом и состоянием актинового цитоскелета изменяет время экспрессии эндокринных транскрипционных факторов и способность панкреатических предшественников дифференцироваться в бета-клетки, полученные из стволовых клеток", — объясняют авторы в своей статье.

Другими словами, мы можем более эффективно обеспечить производство инсулин-продуцирующих клеток, контролируя актиновый цитоскелет, и возможность делать это сулит хорошие перспективы для лечения стволовыми клетками в будущем, если модель мыши, созданная командой, будет чем-то подходящим.

"Мы смогли произвести больше бета-клеток, и эти клетки лучше функционировали в организме мышей, некоторые из которых оставались излеченными более года", — пояснил Миллман. Контрольные животные, которым не пересаживали клетки, в конечном итоге умирали, настолько тяжелым был вызванный у них диабет.

Это еще не все. По словам исследователей, те же самые цитоскелетные манипуляции также продемонстрировали потенциал для лучшего контроля дифференцировки других видов клеток, включая клетки печени, пищевода, желудка и кишечника. Если это так, то данная методика может улучшить лечение стволовыми клетками других видов патологий, а не только диабета.

Конечно, нельзя забегать вперед, так как метод пока был испытан только на животных; как подчеркивают ученые, до возможности лечить людей с помощью такого экспериментального лечения еще очень далеко.

Тем не менее результаты, безусловно, многообещающие, и могут указать путь в будущее, где мы сможем делать именно это.

"Наше исследование в целом подчеркивает, что цитоскелетная динамика работает синергично с растворимыми биохимическими факторами для регулирования судьбы эндодермальных клеток, открывая новые возможности для улучшения результатов дифференцировки", — заключили авторы.

Результаты исследования представлены в журнале Nature Biotechnology.