Scientists reprogram skin cells into insulin-producing pancreas cells
A cure for type 1 diabetes has long eluded even the top experts. Not because they do not know what must be done -- but because the tools did not exist to do it. But now scientists at the Gladstone Institutes, harnessing the power of regenerative medicine, have developed a technique in animal models that could replenish the very cells destroyed by the disease. The team's findings, published online today in the journal Cell Stem Cell, are an important step towards freeing an entire generation of patients from the life-long injections that characterize this devastating disease.
Type 1 diabetes, which usually manifests during childhood, is caused by the destruction of ß-cells, a type of cell that normally resides in the pancreas and produces a hormone called insulin. Without insulin, the body's organs have difficulty absorbing sugars, such as glucose, from the blood. Once a death sentence, the disease can now be managed with regular glucose monitoring and insulin injections. A more permanent solution, however, would be to replace the missing ß-cells. But these cells are hard to come by, so researchers have looked towards stem cell technology as a way to make them.
"The power of regenerative medicine is that it can potentially provide an unlimited source of functional, insulin-producing ß-cells that can then be transplanted into the patient," said Dr. Ding, who is also a professor at the University of California, San Francisco (UCSF), with which Gladstone is affiliated. "But previous attempts to produce large quantities of healthy ß-cells -- and to develop a workable delivery system -- have not been entirely successful. So we took a somewhat different approach."
One of the major challenges to generating large quantities of ß-cells is that these cells have limited regenerative ability; once they mature it's difficult to make more. So the team decided to go one step backwards in the life cycle of the cell.
The team first collected skin cells, called fibroblasts, from laboratory mice. Then, by treating the fibroblasts with a unique 'cocktail' of molecules and reprogramming factors, they transformed the cells into endoderm-like cells. Endoderm cells are a type of cell found in the early embryo, and which eventually mature into the body's major organs -- including the pancreas.
"Using another chemical cocktail, we then transformed these endoderm-like cells into cells that mimicked early pancreas-like cells, which we called PPLC's," said Gladstone Postdoctoral Scholar Ke Li, PhD, the paper's lead author. "Our initial goal was to see whether we could coax these PPLC's to mature into cells that, like ß-cells, respond to the correct chemical signals and -- most importantly -- secrete insulin. And our initial experiments, performed in a petri dish, revealed that they did."
The research team then wanted to see whether the same would occur in live animal models. So they transplanted PPLC's into mice modified to have hyperglycemia (high glucose levels), a key indicator of diabetes.
"Importantly, just one week post-transplant, the animals' glucose levels started to decrease gradually approaching normal levels," continued Dr. Li. "And when we removed the transplanted cells, we saw an immediate glucose spike, revealing a direct link between the transplantation of the PPLC's and reduced hyperglycemia."
But it was when the team tested the mice eight weeks post-transplant that they saw more dramatic changes: the PPLC's had given rise to fully functional, insulin-secreting ß-cells.
"These results not only highlight the power of small molecules in cellular reprogramming, they are proof-of-principle that could one day be used as a personalized therapeutic approach in patients," explained Dr. Ding.
"I am particularly excited about the prospect of translating these findings to the human system," said Matthias Hebrok, PhD, one of the study's authors and director of the UCSF Diabetes Center. "Most immediately, this technology in human cells could significantly advance our understanding of how inherent defects in ß-cells result in diabetes, bringing us notably closer to a much-needed cure.
นักวิทยาศาสตร์ตั้งโปรแกรมลงไปในเซลล์ผิวอินซูลินผลิตเซลล์ตับอ่อน
วิธีรักษาโรคเบาหวานประเภท 1 ได้เลือนหายไปนานแล้วแม้ผู้เชี่ยวชาญด้านบน ไม่ได้เพราะพวกเขาไม่ทราบสิ่งที่ต้องทำ - แต่เป็นเพราะเครื่องมือที่ไม่ได้อยู่ที่จะทำมัน แต่ตอนนี้นักวิทยาศาสตร์ที่สถาบันแกลดสโตน, การควบคุมอำนาจของการปฏิรูปการแพทย์ที่ได้มีการพัฒนาเทคนิคในรูปแบบสัตว์ที่สามารถเติมเต็มเซลล์มากที่ถูกทำลายจากโรค ผลการวิจัยของทีมตีพิมพ์ออนไลน์วันนี้ในวารสารเซลล์ต้นกำเนิดเซลล์เป็นขั้นตอนที่สำคัญต่อการพ้นทั้งรุ่นของผู้ป่วยจากการฉีดตลอดชีวิตที่ลักษณะการเกิดโรคร้ายแรงนี้.
โรคเบาหวานชนิดที่ 1 ซึ่งมักจะปรากฏในช่วงวัยเด็ก,มีสาเหตุมาจากการล่มสลายของßเซลล์ชนิดของเซลล์ที่ปกติอาศัยอยู่ในตับอ่อนและผลิตฮอร์โมนที่เรียกว่าอินซูลิน โดยไม่ต้องอินซูลินอวัยวะของร่างกายที่มีปัญหาในการดูดซับน้ำตาลเช่นน้ำตาลกลูโคสจากเลือด เมื่อประหารชีวิตโรคนี้สามารถจัดการกับการตรวจสอบระดับน้ำตาลปกติและการฉีดอินซูลิน แก้ปัญหาอย่างถาวรมากขึ้น แต่จะแทนที่หนึ่งหายไปßเซลล์ แต่เซลล์เหล่านี้จะยากที่จะมาด้วยเพื่อให้นักวิจัยได้มองต่อเทคโนโลยีเซลล์ต้นกำเนิดเป็นวิธีที่จะทำให้พวกเขา.
"พลังของการปฏิรูปการแพทย์ก็คือว่ามันอาจจะมีแหล่งที่มาที่ไม่ จำกัด ของการทำงานของอินซูลินที่ผลิตเซลล์ßที่ จากนั้นจะสามารถปลูกถ่ายในผู้ป่วย "ดรกล่าวว่า ดิง,ที่ยังเป็นอาจารย์ที่มหาวิทยาลัยแห่งแคลิฟอร์เนียซานฟรานซิส (UCSF) ซึ่งเป็น บริษัท ในเครือแกลดสโตน "แต่ความพยายามก่อนหน้านี้เพื่อผลิตจำนวนมากของเอสเอสเซลล์ที่มีสุขภาพดี - และการพัฒนาระบบการจัดส่งสามารถทำงานได้ - ยังไม่ได้รับประสบความสำเร็จทั้งหมดดังนั้นเราจึงเอาวิธีการที่แตกต่างกันค่อนข้าง.."
หนึ่งในความท้าทายที่สำคัญในการสร้างจำนวนมากßเซลล์คือเซลล์เหล่านี้มีความสามารถในการ จำกัด การปฏิรูป; เมื่อพวกเขาเป็นผู้ใหญ่ก็ยากที่จะทำให้มากขึ้น ดังนั้นทีมงานจึงตัดสินใจที่จะไปหนึ่งก้าวไปข้างหลังในวงจรชีวิตของเซลล์.
ทีมแรกที่เก็บรวบรวมเซลล์ผิวที่เรียกว่าเซลล์จากหนูทดลอง แล้วโดยการรักษารบรากับ 'ค็อกเทล' ที่ไม่ซ้ำกันของโมเลกุลและปัจจัย reprogramming พวกเขาเปลี่ยนเซลล์เข้าสู่เซลล์ endoderm เหมือน เซลล์ endoderm เป็นประเภทของเซลล์ที่พบในตัวอ่อนในช่วงต้นและผู้ใหญ่ซึ่งท้ายที่สุดก็เป็นอวัยวะสำคัญของร่างกาย -. รวมทั้งตับอ่อน
"โดยใช้ค็อกเทลสารเคมีอื่นจากนั้นเราจะเปลี่ยนเหล่านี้เซลล์ endoderm เหมือนเป็นเซลล์ที่เลียนแบบตับอ่อนเหมือนต้นเซลล์ซึ่งเราเรียกว่าของ pplc "กล่าวว่าแกลดสโตนนักวิชาการดุษฏีบัณฑิต li อีตา, PhD, กระดาษเขียนนำ." เป้าหมายแรกของเราคือการดูว่าเราสามารถเกลี้ยกล่อมเหล่านี้ ของ pplc ผู้ใหญ่เป็นเซลล์ที่เหมือนßเซลล์ตอบสนองต่อสัญญาณของสารเคมีที่ถูกต้องและ - ที่สำคัญ - หลั่งอินซูลินและการทดลองครั้งแรกของเราดำเนินการในจานเผยให้เห็นว่าพวกเขา. "
ทีมวิจัยแล้วอยากจะเห็นว่าเดียวกันจะเกิดขึ้นในรูปแบบสัตว์สด. เพื่อให้พวกเขาปลูกของ pplc เข้าไปในหนูที่ถูกปรับเปลี่ยนให้มีน้ำตาลในเลือดสูง (ระดับน้ำตาลสูง) ตัวบ่งชี้ที่สำคัญของโรคเบาหวาน.
"ที่สำคัญเพียงหนึ่งสัปดาห์หลังการปลูกสัตว์ระดับน้ำตาลเริ่มลดลงค่อยๆใกล้ระดับปกติ, "ดรอย่างต่อเนื่อง. li." และเมื่อเราเอาเซลล์ที่ปลูกถ่ายเราเห็นขัดขวางน้ำตาลในทันทีเผยให้เห็นการเชื่อมโยงโดยตรงระหว่างการปลูกถ่ายของ pplc และลดน้ำตาลในเลือดสูง. "
แต่มันก็เมื่อทีมที่ผ่านการทดสอบหนูแปดสัปดาห์หลังการปลูกถ่ายที่พวกเขาได้เห็นการเปลี่ยนแปลงอย่างมากเพิ่มเติมได้ที่:ของ pplc ได้ก่อให้เกิดการทำงานได้อย่างสมบูรณ์อินซูลินหลั่งßเซลล์.
"ผลลัพธ์เหล่านี้ไม่เพียง แต่เน้นพลังของโมเลกุลขนาดเล็กใน reprogramming โทรศัพท์มือถือที่พวกเขาเป็นหลักฐานของหลักการที่ว่าอาจจะวันหนึ่งที่จะใช้เป็นแนวทางในการรักษาส่วนบุคคล ในผู้ป่วยที่ "อธิบายดร ดิง.
"ฉันรู้สึกตื่นเต้นโดยเฉพาะอย่างยิ่งเกี่ยวกับโอกาสของการแปลผลการวิจัยเหล่านี้ไปยังระบบมนุษย์"hebrok Matthias, PhD, หนึ่งในนักเขียนของการศึกษาและผู้อำนวยการศูนย์โรคเบาหวาน UCSF กล่าวว่า." มากที่สุดทันทีเทคโนโลยีนี้ในเซลล์ของมนุษย์อย่างมีนัยสำคัญสามารถล่วงหน้าเข้าใจของเราว่าข้อบกพร่องโดยธรรมชาติในßเซลล์ส่งผลให้เกิดโรคเบาหวานนำเราโดยเฉพาะอย่างยิ่งใกล้ชิด การรักษาที่จำเป็นมาก
.
การแปล กรุณารอสักครู่..
