Американские ученые улучшили метод выращивания бета-клеток поджелудочной железы из стволовых клеток человека. Исследователи заставляли актиновый цитоскелет собираться или разрушаться на нужной стадии дифференциации, что помогло более точно направлять развитие клеток по нужному пути. Полученные образцы пересадили мышам, которые были больны тяжелой формой диабета, и метаболизм глюкозы в их крови пришел в норму за две недели, что значительно быстрее, чем при использовании клеток, полученных старым способом. Статья опубликована в Nature Biotechnology.
Произведение бета-клеток поджелудочной железы из плюрипотентных стволовых клеток — перспективное направление в терапии сахарного диабета. Если пересадить такие клетки больному животному, то в ответ на повышение уровня глюкозы в крови они начинают выделять инсулин, и концентрация сахара возвращается к норме. Сложность состоит в создании эффективной технологии направления развития стволовых клеток по нужному пути.
Плюрипотентные стволовые клетки могут превратиться в клетки практически любых тканей организма. То, какую именно специализацию они выберут, зависит от огромного числа факторов, а сама дифференциация идет по сложному пути из нескольких стадий. Соответственно, чтобы получить нужный тип клеток, ученым необходимо подобрать правильную комбинацию условий, среды и вводимых веществ, а также порядок их добавления. На выработку идеальной технологии могут уходить годы труда.
Способ превращения стволовых клеток человека в бета-клетки был придуман несколько лет назад. Для правильной дифференциации необходимо последовательно активировать или подавлять стадии развития клетки с помощью различных факторов роста и малых молекул. Методика работает, однако не является достаточно эффективной: кроме бета-клеток, культура продуцирует также и другие клетки поджелудочной железы или даже печени. Кроме того, описанный способ работает только на 3D-культурах (в суспензии или на границе раздела воздуха и жидкости), условия развития и влияние на судьбу клеток которых еще недостаточно изучено.
Группа ученых из Америки под руководством Натаниэля Хогребе (Nathaniel Hogrebe) из Университета Вашингтона в Сент-Луисе обратила внимание на то, что на путь развития клетки также влияет взаимодействие внеклеточного матрикса с трансмембранными белками интегринами и цитоскелетом. Исследователи заменили среду выращивания с суспензии на плоские плашки, покрыли их слоем коллагена и добавляли вещества, которые вызвали полимеризацию (сборку) актинового скелета клеток. Оказалось, что полимеризация цитоскелета предотвращает преждевременную экспрессию гена NEUROG3, которая в предыдущих экспериментах и приводила к развитию клеток по неправильному пути. При добавлении латрункулина А, вещества, которое ингибирует сборку актина, на нужной стадии, ген NEUROG3 включался.
Полученные таким способом клетки эффективно вырабатывали инсулин в ответ на введение глюкозы. Ученые пересадили произведенные бета-клетки мышам, которые были больны тяжелой формой диабета. Через две недели после пересадки метаболизм глюкозы животных вернулся к норме и сохранялся таковым в течении 9 месяцев, после чего мышей убили для гистологических исследований. Прекращение симптомов диабета произошло на три недели быстрее, чем при использовании клеток, которые были получены старым способом, и лишь немного медленнее, чем с клетками, взятыми из поджелудочной железы человека.
Авторы работы отмечают, что им удалось адаптировать метод выращивания бета-клеток к более привычным и изученным плоским средам, что позволяет применять его к другим клеточным культурам, которые, например не удается выращивать в суспензии. Искусственное изменение состояния цитоскелета влияет также на дифференцировку других клеточных линий (экзокринной части поджелудочной железы, печени или кишечника), что открывает широкие возможности применения метода.
Для того, чтобы применить выработанную стратегию в лечении диабета у людей, предстоит провести еще много исследований. Необходимо протестировать клетки на больших временных интервалах и других животных моделях, а также выработать технологию, которая позволит поставить выращивание культур на поток.
Есть множество подходов к лечению диабета. Например, существуют искусственные «поджелудочные железы» — устройства, которые анализируют данные с датчика глюкозы и автоматически определяют протокол введения инсулина.
Алиса Бахарева