Cukrzyca: jak komórki macierzyste mogą pomóc?

Fakty Cukrzyca

Jesteśmy w trakcie tłumaczenia i aktualizacji tego materiału w Twoim języku. Poniżej dostępne jest tłumaczenie poprzedniej wersji.  W celu zapoznania się z najnowszą wersją, dostępną obecnie tylko w języku angielskim, zmień język na angielski.

Cukrzyca jest częstym, trwającym całe życie schorzeniem, a liczba dzieci u których diagnozowana jest cukrzyca typu 1 ciągle rośnie. Chociaż symptomy cukrzycy mogą być kontrolowane, jest to choroba nieuleczalna. Dla wielu cukrzyca oznacza życie z codziennymi zastrzykami insuliny i obawą o długotrwały, negatywny wpływ na zdrowie.

Kiedy poziom glukozy (cukru) we krwi wzrasta, komórki  beta w trzustce uwalniają insulinę. Insulina przekazuje komórkom ciała instrukcję dotyczącą pobierania glukozy z krwi.

W cukrzycy typu 1 system odpornościowy niszczy komórki beta.  W cukrzycy typu 2 komórki nie pobierają wystarczającej ilości glukozy z powodu odporności na insulinę lub zbyt małej produkcji insuliny.

W przypadku cukrzycy typu 1 pacjenci muszą codziennie mierzyć poziom cukru oraz dostarczać insulinę w postaci zastrzyków lub poprzez pompę.

Naukowcom udało się zastosować pluripotentne komórki macierzyste do produkcji przypominających komórki beta, reagujących na glukozę komórek uwalniających insulinę. Obecnie prowadzone są badania z wykorzystaniem tych komórek.

Mechanizm działania cukrzycy jest dobrze rozumiany, w przeciwieństwie do jej przyczyn. Nadal prowadzone są badania mające na celu ustalenie, co powoduje niszczenie komórek beta przez układ odpornościowy w cukrzycy typu 1.

Naukowcy badają, jak można wykorzystać komórki macierzyste do produkcji komórek beta, które następnie zostaną przeszczepione pacjentom z cukrzycą typu 1. Obecnie prowadzone są badania z wykorzystaniem kapsuł i innych środków chroniących nowe komórki beta przed układem immunologicznym pacjenta.

Naukowcy są także zainteresowani możliwością wykorzystania leków promujących naturalne zwiększenie produkcji komórek beta w trzustce chorego.

Największym wyzwaniem w przypadku cukrzycy typu 1 jest autoimmunizacja. Po wytworzeniu lub przeszczepieniu pacjentowi nowych komórek beta, układ immunologiczny i tak ostatecznie zniszczy te komórki. Leczenie musi więc uwzględniać sposób zapobiegania nowym atakom na komórki beta. Zwykle stosuje się leki immunosupresyjne, których działaniem niepożądanym jest podniesione ryzyko infekcji.

Wszystkie komórki w Twoim ciele potrzebują energii. Energia ta rozprowadzana jest po ciele wraz z krwią w postaci cukru (glukozy). Normalnie poziom cukru we krwi kontrolowany jest przez uwalnianie hormonu insuliny. Insulina tworzona jest przez komórki w trzustce zwane komórkami beta, które organizują się w zespoły (klastry) wraz z innymi komórkami trzustki. Te klastry nazywane są wysepkami Langerhansa. W trzustce jednego człowieka występuje około milion takich wysepek.

Gdzie znajduje się trzustka?: zlokalizowana jest w podbrzuszu obok jelita cienkiego i żołądka. W tym filmie zrobionym przez Dror Sever i Anne Grapin-Botton komórki trzustki, które tworzą insulinę (komórki beta), zaznaczone są na czerwono.

'Insulin Production in the Human Pancreas' diagram
Produkcja insuliny przez ludzką trzustkę:Komórki beta występuję w pobliżu naczyń krwionośnych przebiegających przez trzustkę, gdzie uwalniają insulinę do krwi. Insulina potrzebna jest przy pobieraniu glukozy przez komórki (na przykład komórki mięśniowe) aby mogła być użyta jako źródło energii.

Istnieje kilka typów cukrzycy. Wspólną ich cechą jest problem z utrzymaniem normalnego poziomu cukru we krwi.

Cukrzyca typu 1 występuje wtedy, gdy układ immunologiczny uszkadza, a ostatecznie niszczy komórki beta. Oznacza to, że poziom cukru we krwi pozostaje wysoki przez cały czas, co może doprowadzić do zniszczeń w organizmie.

Cukrzyca typu 2 pojawia się gdy komórki beta nie produkują wystarczającej ilości insuliny lub gdy produkowana insulina nie działa poprawnie (komórki ciała stają się odporne na insulinę)

Islet in a person with diabetes type 1 and without diabetes
Zobaczyć cukrzycę: Zdjęcia pokazują wysepkę u osoby z cukrzycą typu 1 (po lewej) i osoby zdrowej (po prawej). Na zdjęciu po lewej widzimy mniejszą ilość produkowanej insuliny (kolor brązowy) i powiększenie się komórek beta z powodu uszkodzenia

 

Insulin pump
Pompa insulinowa: Przykładowa pompa używana przez pacjentów z cukrzycą typu 1 do dostarczania insuliny

Obecnie nie ma żadnej metody wyleczenia cukrzycy. Chociaż cukrzycę typu 2 można częściowo kontrolować przez zdrową dietę i regularne ćwiczenia, cukrzycy typu 1 kontrolować się nie da. Ludzie z cukrzycą typu 1 muszą określać poziom cukru we krwi kilka razy dziennie i dostarczać insuliny, kiedy jest potrzebna (poprzez zastrzyki lub pompę). Niestety utrzymanie poziomu cukru w normie może być ciężkie. Z czasem wysoki poziom cukru we krwi może powodować poważne zniszczenia serca, oczu, naczyń krwionośnych, nerek czy nerwów, podczas gdy dostarczanie za dużo insuliny może prowadzić do zbyt niskiego poziomu cukru we krwi (hipoglikemia), który może być śmiertelny.

Cukrzycę typu 1 moża leczyć poprzez transplantację wyizolowanych wysepek, które zawierają komórki beta, lub nawet całej trzustki od dawcy do chorego. Przeszczep może uaktywnić ciało do ponownego kontrolowania poziomu cukru we krwi i ciągłe dostarczanie insuliny staje się zbędne. Transplantacja wysepek beta jest częstsza, ponieważ transplantacja całej trzustki wymaga poważnej operacji i niesie wysokie ryzyko komplikacji.

Isolated islets of Langerhans used for transplantation
Wyizolowane wysepki Langerhansa użyte do transplantacji 

Istnieją problemy przy transplantacji wysepek:

  • Liczba dawców jest znacznie niższa niż potrzeby, a wysepki muszą być dobrej jakości i w odpowiedniej ilości
  • Transplantacja wymaga wyciszenia układu immunologicznego tak, aby nowy ‘obcy’ organ nie został odrzucony. Leki immunosupresyjne zostawiają biorcę narażonego na infekcje i często powodują skutki uboczne. Dzisiaj tylko ograniczona liczba pacjentów z cukrzycą typu 1 poddawanych jest transplantacji z powodu tych skutków ubocznych.

Nawet z lekami immunosupresyjnymi przeszczep jest ostatecznie niszczony przez układ immunologiczny i konieczna jest ponowna transplantacja. Układ immunologiczny rozwija się tak, aby niszczyć taki typ komórek z pierwszej transplantacji, jest więc w stanie rozpoznać obce komórki jeszcze szybciej i skuteczniej. Oznacza to dalszą konieczność transplantacji wysepek, a inne transplantowane organy, takie jak nerka, stają się bardziej podatne na odrzut.

Human Islet of Langerhans
Ludzkie wysepki Langerhansa: Ta sama wysepka, po stronie lewej insulina wybarwiona na zielono potwierdza obecność komórek beta. Po prawej glukagon wybarwiony jest na purpurowo, produkowany przez komórki alfa.

 

Obecnie nie ma potwierdzonych terapii leczenia cukrzycy przy użyciu komórek macierzystych. Jeśli komórki beta mogłyby być wytworzone w laboratorium, rozwiązałoby to problem z dostępnością odpowiedniej ilości i jakości wysepek do transplantacji.

Obecne metody tworzenia komórek beta w celach terapeutycznych:

  • Różnicowanie pluripotencjalnych komórek macierzystych w komórki beta w laboratorium, które następnie przeszczepiane są pacjentom z cukrzycą
  • Różnicowanie komórek beta w laboratorium z innych typów komórek, na przykład komórek wątroby, które przeszczepiane są pacjentom z cukrzycą
  • Użycie leków w celu pobudzenia komórek w trzustce pacjentów z cukrzycą do produkcji nowych komórek beta.

Ponadto dla tych wszystkich wymienionych powyżej metod obecne badania naukowe sprawdzają:

  • Jak możemy chronić komórki przed atakiem układu odpornościowego po tym jak zostaną one przeszczepione?

Insulin-producing cells made from human embryonic stem cells
Niewidzialny świat: Komórki produkujące insulinę stworzone z ludzkich embrionalnych komórek macierzystych

Tworzenie komórek beta z pluripotencjalnych komórek macierzystych

Pluripotencjalne komórki (embrionalne lub indukowane pluripotencjalne komórki macierzyste) mogą tworzyć każdy rodzaj komórek w ciele i dlatego naukowcy badają jak pokierować tym, aby wytworzyć w pełni funkcjonalne komórki beta. Takie komórki mogłyby zastąpić niewystarczające źródło trzustkowych wysepek Langerhansa od dawców. Obecnie naukowcom udało się wyprodukować komórki z ludzkich pluripotencjalnych komórek macierzystych, które odpowiedziały na glukozę w podobny sposób jak normalne komórki beta w laboratorium oraz u diabetycznych myszy po ich przeszczepieniu. Te komórki beta będą wkrótce testowane w pierwszej fazie badań klinicznych w kierunku bezpieczeństwa.

Tworzenie komórek beta z innych komórek

Część naukowców uważa, że można przekonać komórki obecne w trzustce pacjenta do tworzenia nowych komórek beta. Nie wiadomo czy komórki macierzyste istnieją w trzustce, ale znalezione zostały progenitorowe komórki beta. Naukowcy mają nadzieję, że odkryją leki aktywujące komórki progenitorowe w ciele pacjenta z cukrzycą, lub będą mogli przeprogramować inne dojrzałe komórki trzustki do produkcji większej ilości komórek beta. Przeprogramowanie innych komórek, na przykład komórek skóry lub wątroby tak, aby wytworzyć komórki beta w laboratorium też jest rozważane. Wysiłki te mają ciągle charakter eksperymentalny i nie osiągnęły jeszcze punktu, w którym badania kliniczne byłyby blisko.

Beta cell pathways diagram
Narodziny komórek beta: Szlak różnicowania z komórek progenitorowych do komórkek beta w trakcie rozwoju trzustki.



Ochrona komórek przed układem immunologicznym

Capsule for transplanting cells
Kapsuły dla przeszczepianych komórek, które chronią je przed układem immunologicznym: Wytworzone przez ViaCyte i obecnie testowane w 1/2 fazie klinicznej (wytłumaczenie poniżej).

Prace nad znalezieniem efektywnej drogi do umieszczenia przeszczepianych komórek w kapsule w celu ochrony ich przed atakiem układu immunologicznego trwają. Obecnie kilka grup badawczych i firm komercyjnych (ViaCyte i Beta-O2Technologies) zaangażowanych jest w pierwszą fazę badań klinicznych nad stworzeniem kapsuły, która pozwala na wydzielanie insuliny i równoczesną ochronę komórek przed układem immunologicznym.

Prace nad lekami, które redukują reakcję układu immunologicznego są także w trakcie badań. Wyniki tych badań mogą pomóc stworzyć lepsze terapie wykorzystujących komórki beta każdego pochodzenia.

Przeszczepianie progenitorowych komórek uzyskanych z komórek pluripotencjalnych

Pierwsza próba kliniczna dla cukrzycy typu 1 wykorzystująca komórki macierzyste rozpoczęła się w lipcu 2014 i prowadzona jest przez ViaCyte. Badania są w 1/2 fazie klinicznej testującej bezpieczeństwo i efektywność terapii. Komórki progenitorowe są umieszczane w pudełku wielkości karty kredytowej i przeszczepiane do ciała biorcy. Istnieje nadzieja, że podobnie jak u myszy, w ciele komórki progenitorowe spontanicznie zróżnicują się w komórki produkujące insulinę, a pudełko umożliwi wydzielanie insuliny przy jednoczesnej ochronie komórek przed atakiem układu odpornościowego. Badania zakończone sukcesem pozwolą na zrezygnowanie z leków immunosupresyjnych i zredukują ryzyko dalszych infekcji pooperacyjnych.

Broszura ta została stworzona po raz pierwszy przez Sarah Pattison i zredagowana przez  Harry Heimberg. Uaktualniona została w listopadzie 2015 przez Johan Olerud i Cathy Southworth i zredagowana przez Henrik Semb.

Tłumaczenie na język polski: Mieszko Wilk.

Zdjęcia i wideo

(prawa własności pozostają przy wymienionych autorach jeśli nie stwierdzono inaczej)

  • Ludzkie wysepki gdzie komórki beta i alfa wybarwione kolejno na zielono i fioletowo przy użyciu przeciwciał przeciw insulinie i glukagenowi © Olle Korsgren.
  • Zdjęcia wysepki zdrowej i z cukrzycą typu 1 © Johan Olerud
  • Wideo „Trzustka” pokazujące trzustkę, żołądek i duodenem © Dror Sever and Anne Grapin-Botton
  • Diagram „Produkcja insuliny i ludzka trzustka”  © 2001 Terese Winslow (assisted by Lydia Kibiuk). 
  • Diabetes injection image © Wellcome Library, London.
  • Komórki produkujące insulinę z embrionalnych komórek macierzystych: barwienie peptydu C w komórkach produkujących insulinę pochodzących od ludzkich embrionalnych komórek macierzystych (hESCs) courtesy Katja Hess/Zarah Löf Öhlin
  • ‘Wyizolowane ludzkie komórki Langerhansa użyte do przeszczepu’ przez Andrew Friberg (CC BY 3.0)
  • Narodziny komórek beta przez Cameron Duguid (CC BY 3.0)
  • Kapsuła do przeszczepu komórek © ViaCyte