Из человеческих эмбриональных стволовых клеток получены функциональные бета-клетки поджелудочной железы

Полученные из стволовых клеток бета-клетки образовали у мышей структуры, близкие к островкам поджелудочной железы. Через две недели после трансплантации в почки они начали синтезировать инсулин. (Фото: Douglas Melton)

Гигантский прорыв в трансплантационной терапии диабета

Ученые Института стволовых клеток Гарвардского университета (Harvard Stem Cell Institute, HSCI) сделали гигантский скачок вперед в поиске по-настоящему эффективного средства лечения сахарного диабета 1 типа – заболевания, которым страдают около трех миллионов американцев. Затраты на их лечение составляют около $15 миллиардов в год.

Используя в качестве отправной точки человеческие эмбриональные стволовые клетки, ученые впервые получили – в массовых количествах, необходимых для использования в трансплантационных и фармацевтических целях, – инсулинпродуцирующие бета-клетки, почти полностью аналогичные нормально функционирующим бета-клеткам.

Руководитель исследования профессор кафедры стволовых клеток и регенеративной биологии Гарвардского университета Дуглас Мелтон (Douglas Melton), PhD, посвятил свою карьеру поиску средств излечения диабета 1 типа, когда 23 года назад этот диагноз был поставлен его маленькому сыну. Он надеется, что клинические испытания трансплантации человеку полученных им клеток начнутся в ближайшие несколько лет.

«Сейчас мы в одном шаге от финиша доклинических испытаний», - комментирует профессор Мелтон (у его дочери Эммы также диагностирован диабет 1 типа).

Статья об исследовании опубликована в журнале Cell.

«Никогда не знаешь наверняка, будет ли нечто подобное работать, пока не протестировал его множеством способов», - продолжает Мелтон, содиректор по науке HSCI. «В экспериментах на мышах эти клетки прошли три стимуляции глюкозой и отвечали должным образом. Радостно было узнать, что удалось сделать то, что мы всегда считали возможным. Но многие полагали, что это не будет работать. Если бы мы показали, что это невозможно, я должен был бы отказаться от всего этого направления. Сейчас я воодушевлен и полон энергии».

Дуглас Мелтон (Douglas Melton), PhD, (Гарвардский институт стволовых клеток, Медицинский институт Говарда Хьюза). (Фото: B. D. Colen/Harvard Staff)

В настоящее время дифференцированные из стволовых клеток бета-клетки проходят испытания на животных моделях, в том числе на приматах (не на человекообразных обезьянах), уточняет Мелтон, являющийся также научным сотрудником Медицинского института Говарда Хьюза (Howard Hughes Medical Institute, HHMI).

Не принимавшая участия в работе Мелтона профессор Рокфеллеровского университета (The Rockefeller University) Элейн Фукс (Elaine Fuchs), научный сотрудник HHMI, приветствовала результаты этого исследования как одно из наиболее значимых на сегодняшний день достижений в области стволовых клеток.

«Я присоединяюсь к множеству людей во всем мире, аплодирующих моему коллеге за это выдающееся достижение», - говорит профессор Фукс. «На протяжении десятилетий ученые пытались создать человеческие панкреатические бета-клетки, которые в течение длительного времени можно культивировать и пассировать в условиях, когда они производят инсулин. Теперь Мелтон и его коллеги решили эту проблему и открыли путь к разработке новых лекарств и трансплантационной терапии сахарного диабета».

Сахарный диабет 1 типа – аутоиммунное метаболическое заболевание, при котором организм убивает бета-клетки поджелудочной железы, продуцирующие инсулин, необходимый для контроля над уровнем глюкозы в крови. Заключительный доклинический этап в разработке метода лечения этой болезни включает в себя защиту около 150 миллионов клеток, которые должны быть пересажены пациенту, от атаки иммунной системы. В разработке имплантационного устройства для защиты этих клеток профессор Мелтон сотрудничает с Дэниэлом Андерсоном (Daniel Anderson), профессором прикладной биологии, научным сотрудником Института интегративных исследований рака Коха (Koch Institute for Integrative Cancer Research) Массачусетского технологического института (Massachusetts Institute of Technology, MIT).

По словам Мелона, испытываемое в настоящее время устройство Андерсона и его коллег из MIT в течение многих месяцев защищает от иммунной атаки бета-клетки, имплантированные мышам.

«Они по-прежнему производят инсулин», - комментирует Мелтон.

Получение инсулинпродуцирующих панкреатических β-клеток из стволовых клеток (in vitro) даст беспрецедентный источник клеток для разработки новых лекарств и методов клеточной трансплантации при сахарном диабете. Однако инсулинпродуцирующие клетки, полученные ранее из человеческих плюрипотентных стволовых клеток (чПСК), лишены многих функциональных характеристик настоящих β-клеток. Ученые Гарвардского института стволовых клеток разработали протокол дифференциации, дающий возможность получать сотни миллионов чувствительных к глюкозе β-клеток из чПСК in vitro. Эти полученные из стволовых клеток β-клетки (SC-β) экспрессируют маркеры, характерные для зрелых β-клеток, обеспечивают поток ионов Ca²⁺ в ответ на глюкозу, упаковывают инсулин в секреторные гранулы и секретируют количества инсулина, сравнимые с количествами, секретируемыми взрослыми β-клетками, в ответ на несколько последовательных стимуляций глюкозой in vitro. Секреция этими клетками человеческого инсулина в сыворотку крови мышей вскоре после трансплантации регулируется глюкозой и снижает гипергликемию у больных диабетом мышей. (Рис. Cell)

Трансплантация клеток для лечения диабета по-прежнему ведется в основном в экспериментальном режиме с использованием клеток, получаемых из трупов, требует использования мощных иммуносупрессоров и доступна очень небольшому числу пациентов.

По мнению Андерсона, новая работа лаборатории Мелтона – «невероятно важное достижение в лечении диабета». «Нет сомнений, что возможность получать чувствительные к глюкозе человеческие бета-клетки путем контролируемой дифференцировки стволовых клеток ускорит развитие новых методов терапии. В частности, это достижение открывает путь к практически безграничному запасу ткани для пациентов с диабетом, ожидающих клеточной терапии».

Ричард Инсел (Richard Insel), главный научный сотрудник Фонда исследований ювенильного диабета (Juvenile Diabetes Research Foundation, JDRF), финансировавшего работу Мелтона, говорит: «JDRF взволнован этим успехом доктора Мелтона и его группы в крупномасштабном получении зрелых функциональных человеческих бета-клеток. Это значительное достижение вполне может дать источник клеток для замены островков у людей с диабетом 1 типа и обеспечить ресурс для разработки бета-клеточной терапии, способствующей выживанию или регенерации бета-клеток, а также для разработки скрининговых биомаркеров для мониторинга состояния и выживания бета-клеток для сопровождения терапевтических стратегий на всех стадиях заболевания».

В то время как больные диабетом могут держать метаболизм глюкозы под общим контролем, вводя несколько раз в день инсулин, это не обеспечивает совершенной корректировки, необходимой для надлежащей регуляции обмена веществ, что приводит к тяжелейшим осложнениям – от слепоты до потери конечностей.

Около 10 процентов из более чем 26 миллионов американцев, живущих с диабетом 2 типа, также зависят от инъекций инсулина и будут, предположительно, кандидатами на трансплантацию бета-клеток, считает профессор Мелтон.

«О получении из стволовых клеток типов бета-клеток сообщали и другие лаборатории, но ни одна из этих групп не получила зрелые бета-клетки настолько же пригодные для использования на пациентах», - объясняет ученый. «Самой большой проблемой было получить чувствительные к глюкозе, секретирующие инсулин бета-клетки, и это то, что сделала наша группа».

По материалам

From stem cells to billions of human insulin-producing cells

Оригинальная статья:

Felicia W. Pagliuca, Jeffrey R. Millman, Mads Gürtler, Michael Segel, Alana Van Dervort, Jennifer Hyoje Ryu, Quinn P. Peterson, Dale Greiner, Douglas A. Melton. Generation of Functional Human Pancreatic β Cells In Vitro

© «Из человеческих эмбриональных стволовых клеток получены функциональные бета-клетки поджелудочной железы». Полная или частичная перепечатка материала разрешается при обязательной незакрытой от индексации, незапрещенной для следования робота активной гиперссылке на страницу Стволовые клетки. Письменное разрешение обязательно.

Как они растут