Бета-клетки из стволовых: потенциал для клеточной заместительной терапии

Потеря инсулин-секретирующих бета-клеток из-за аутоиммунного разрушения приводит к диабету 1 типа. Клиническая трансплантация островковых клеток может вылечить диабет, но донорские поджелудочные железы редки. В новом исследовании группа ученых разработала улучшенный протокол дифференцировки плюрипотентных стволовых клеток для генерации бета-клеток in vitro с превосходным ответом на глюкозу и секрецией инсулина. Это важный шаг к клеточной заместительной терапии.

Человеческие плюрипотентные стволовые клетки (эмбриональные или индуцированные) могут дифференцироваться в любой тип клеток с неограниченной способностью к самообновлению. Следовательно, они — оптимальный источник для генерации специализированных клеток для заместительной терапии, например, бета-клеток для пациентов с диабетом. Однако текущие протоколы дифференцировки in vitro очень сложны из-за большого количества этапов. Процесс требует почти 20 сигнальных белков и малых молекул для регуляции роста и дифференцировки клеток и длится более четырех недель. В этом многоступенчатом процессе не все клетки дифференцируются в целевые, а идут по ложным путям. Это приводит к высокогетерогенной популяции клеток с бета-клетками, которые не полностью функциональны. Поэтому группа исследователей из Helmholtz Zentrum München, Немецкого центра исследования диабета (DZD), Мюнхенского технического университета (TUM) и Miltenyi Biotec попыталась улучшить качество бета-клеток, полученных из стволовых.

Контроль качества с помощью CD177

Исследователи разработали подход для обогащения культуры стволовых клеток высокоспециализированными клетками-предшественниками поджелудочной железы, что может привести к более целенаправленной дифференцировке в бета-клетки. "Из биологии развития мы знали, что клетки-предшественники поджелудочной железы уже специфицированы на стадии эндодермы — первом шаге дифференцировки. Нам нужно было выяснить, верно ли это и для дифференцировки человеческих плюрипотентных стволовых клеток", — объясняет профессор Хайко Ликерт, директор Института исследования диабета и регенерации в Helmholtz Zentrum München.

Чтобы исследовать это, ученые стремились лучше контролировать качество эндодермы и её дифференцировку в специфицированные клетки-предшественники поджелудочной железы. В сотрудничестве с группой Себастьяна Кнёбеля в Miltenyi Biotec они идентифицировали моноклональное антитело CD177, которое маркирует субпопуляцию эндодермы, эффективно и гомогенно дифференцирующуюся в специфицированные клетки-предшественники поджелудочной железы. Таким образом, CD177 может функционировать как контроль качества. "С помощью CD177 мы уже на ранней стадии можем увидеть, находятся ли клетки на правильном пути дифференцировки. Это может сэкономить много времени, усилий и денег", — говорит Ликерт.

Обогащение культуры стволовых клеток CD177-положительными клетками на стадии эндодермы увеличивает генерацию специфицированных клеток-предшественников поджелудочной железы. В конечном итоге это приводит к более зрелым и функциональным бета-клеткам, которые лучше реагируют на глюкозу и демонстрируют улучшенные паттерны секреции инсулина.

Клеточная заместительная терапия, моделирование болезней и скрининг лекарств

Текущие протоколы дифференцировки бета-клеток генерируют гетерогенные популяции, содержащие не только бета-клетки, но и оставшиеся клетки-предшественники поджелудочной железы или клетки другого происхождения. Очистка с помощью CD177 не только улучшит однородность и качество генерируемых бета-клеток, но и повысит их клиническую безопасность, так как плюрипотентные стволовые клетки будут отделены. Это решающий шаг к клиническому применению заместительной терапии бета-клетками, полученными из стволовых, для пациентов с диабетом 1 типа.

Кроме того, поскольку бета-клетки, полученные по протоколу с CD177, более похожи на бета-клетки в организме человека, этот протокол поможет создать системы моделирования заболеваний, которые могут имитировать человеческую поджелудочную железу. Также протокол дифференцировки, дающий функциональные бета-клетки, представляет большой интерес для подходов к скринингу лекарств.