UF-Forscher verwenden Injektion von Zellen, um Diabetes bei Mäusen umzukehren

UF-Forscher verwenden Injektion von Zellen, um Diabetes bei Mäusen umzukehren
UF-Forscher verwenden Injektion von Zellen, um Diabetes bei Mäusen umzukehren
Anonim

GAINESVILLE, Florida - - Forscher der University of Florida haben Diabetes bei Mäusen mit einer einfachen Injektion von Zellen, die bald genug Insulin produzieren, um den Blutzucker effektiv zu regulieren, rückgängig gemacht, berichteten sie heute (3/1) in der Zeitschrift Nature Medicine.

Dazu entnahmen sie Pankreaszellen in ihren frühesten Entwicklungsstadien von den Mäusen selbst und pflegten sie dann im Labor, bis sie sich zu kleinen, insulinsezernierenden Organen entwickelten, die als Langerhans-Inseln bekannt sind.

Forscher sammelten die Zellen in einer Spritze und injizierten sie direkt unter die Hautoberfläche der Tiere. Innerhalb weniger Tage begannen sie, wie eine endokrine Bauchspeicheldrüse zu funktionieren – die Langerhans-Inseln der Bauchspeicheldrüse, sagte der UF-Immunologe Ammon B. Peck.

"Das ist sehr aufregend, weil die Zellen sehr einfach in eine Person in einem Bereich eingebracht werden können, ohne dass ein komplizierter chirurgischer Eingriff erforderlich ist", sagte er.

Menschen mit Diabetes verlieren ihre Fähigkeit zu regulieren, wie der Körper Zucker und andere Nährstoffe zur Energiegewinnung verwendet und speichert, wenn ihr Immunsystem einen selbstgesteuerten Angriff startet und die insulinproduzierenden Zellen in der Bauchspeicheldrüse zerstört. Die Forscher waren ermutigt, festzustellen, dass während des Studienzeitraums, der mehr als drei Monate dauerte, kein solcher Angriff auf die implantierten Zellen – bekannt als Stammzellen – stattfand.

Die Ergebnisse eröffnen die Möglichkeit, insulinabhängigen Diabetes eines Tages für die mehr als 750.000 Amerikaner, die gegen die Krankheit kämpfen, dauerhaft umzukehren. Viele leiden unter schwerwiegenden Nebenwirkungen, einschließlich Schäden an Blutgefäßen, die zu Herzerkrankungen, Schlaganfall, Erblindung, Nierenversagen und schlechter Durchblutung der unteren Gliedmaßen führen können.

"Dies weist darauf hin, dass es einen Mechanismus gibt, etwas über die Züchtung von Stammzellen in Kultur, der die Autoimmunreaktion austrickst, zumindest für einige Zeit", sagte Peck.

Stammzellen haben die Fähigkeit, sich während ihrer Reifung zu einer Reihe von Zelltypen zu entwickeln. Nachdem sie in die Mäuse eingebracht worden waren, sonderten die Zellen Insulin ab und gediehen, als neue Blutgefäße auf sie zu wuchsen. Innerhalb einer Woche bis zu 10 Tagen waren alle Mäuse in der Lage, den Zucker- oder Glukosespiegel im Blutkreislauf für die Dauer der Studie zu regulieren.

"Wenn Sie einen Schokoriegel essen, erhöht sich die Menge an Glukose im Blut", erklärte Peck, Professor für Pathologie, Immunologie und Labormedizin am College of Medicine der UF. „Die Inseln reagieren schnell darauf, weil sie spüren, wie viel Zucker im Blut ist, und Insulin produzieren, und Insulin ermöglicht die richtige Nutzung von Glukose für Energie durch andere Zellen im Körper.“

Die Fähigkeit, das Wachstum und die Entwicklung von Bauchspeicheldrüsenstammzellen zu kontrollieren, bietet Menschen mit Diabetes möglicherweise eine unbegrenzte Ressource für insulinproduzierende Zellen, schrieben die Autoren in der Zeitschrift. Zu den Co-Autoren von Peck gehörten der pädiatrische Endokrinologe Dr.Desmond A. Schatz. Die Studie wurde von den National Institutes of He alth unterstützt; Vijayakumar Rimiya von Ixion Biotechnology Inc. im Progress Park der UF in Alachua, Florida; und Karl Arfors von Q-Med, Skandinavien, in San Diego.

Die Methode ist vergleichbar mit Techniken, die zur Gewinnung von Zellen für Hauttransplantationen oder für Knochenmarktransplantationen verwendet werden, sagte Peck, obwohl es einen entscheidenden Unterschied gibt: Die Stammzellen der Bauchspeicheldrüse wachsen zu einem vollständigen Organ heran und werden in Kultur voll funktionsfähig. bevor sie wieder in den Körper eingesetzt werden.

"Unsere erste Beobachtung war die Tatsache, dass man eine einzelne Stammzelle nehmen und sie dazu bringen kann, zu wachsen und sich zu einem voll funktionsfähigen Organ zu differenzieren, das alle differenzierten Zellen im Endstadium enthält, die in der exokrinen Bauchspeicheldrüse zu finden sind, " er sagte. „Die einzigen Situationen, die wir bisher haben, die vergleichbar wären, waren Studien mit Stammzellen, die Hauttransplantate hervorbringen, und Stammzellen, die Blutzellen hervorbringen. Aber selbst in diesen beiden Situationen sind sie wirklich nicht gleich.Zum Beispiel können sich Knochenmarkstammzellen nicht zu allen Zellen im Endstadium entwickeln, bis sie in den Körper implantiert wurden."

Frühere UF-Forschung legte den Grundstein für die neuesten Erkenntnisse. Diese Studien, die Anfang der 1990er Jahre durchgeführt wurden, zeigten, dass im Labor gezüchtetes Bauchspeicheldrüsengewebe Diabetes bei Mäusen rückgängig machen kann, wenn es in die Niere transplantiert wird, wodurch eine Pseudo-Bauchspeicheldrüse entsteht. Im Gegensatz dazu ist der neue Ansatz nur minimal invasiv, da die Zellen direkt unter der Haut platziert werden, sagte Peck.

"Offensichtlich gibt es noch eine Reihe von Hürden, die wir überwinden müssen, und viele theoretische Fragen, auf die wir Antworten haben müssen, bevor wir mit der Implantation der Zellen in Menschen beginnen", sagte Peck. Er fügte hinzu, dass Wissenschaftler die Studie im Labor mit menschlichen Zellen duplizieren und hoffen, bald mit der Implantation in Primaten beginnen zu können, was den Weg für eventuelle Versuche am Menschen ebnen würde. Inselstammzellen werden derzeit von menschlichen Organspendern gewonnen.

"Wir wissen, dass Erwachsene, sogar solche mit Diabetes, die ihre insulinsezernierenden Betazellen verloren haben, Stammzellen in der Bauchspeicheldrüse beh alten", sagte er. „Wir wissen, dass die Stammzellen vorhanden sind; die Frage ist, können wir sie herausholen und für einen einzelnen Patienten züchten?. Es ist klar, dass eine kleine Injektion von Zellen in den Arm oder das Bein ausreichen würde."

Die Verfügbarkeit von Bauchspeicheldrüsen-Transplantaten und Insel-Stammzellen wurde durch die derzeitigen Raten menschlicher Organspenden eingeschränkt, sagte Dr. Camillo Ricordi, wissenschaftlicher Direktor und Chief Academic Officer am Diabetes Research Institute an der University of Miami School of Medicine.

"Jetzt, da wir den Grundsatzbeweis erbracht haben, dass humane insulinproduzierende Zellen zur Behandlung von Patienten mit Diabetes verwendet werden können, besteht ein dringender Bedarf, alternative Quellen für insulinproduzierendes Gewebe zu entwickeln", sagte Professor Ricordi der Chirurgie und Medizin.„Wenn wir tatsächlich transplantieren, wäre es basierend auf den Raten menschlicher Organspenden möglich, nur einen sehr kleinen Teil der Patienten mit Diabetes zu behandeln. Diese Studie ist ein aufregender erster Schritt zur Entwicklung neuer Quellen insulinproduzierender Zellen, die dies könnten schließlich im klinischen Umfeld verwendet werden."

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