Ученые из Исследовательского института Нью-Йоркского фонда стволовых клеток (NYSCF) и Медицинского центра Колумбийского университета (CUMC) использовали стволовые клетки, созданные из кожи пациентов с редкой формой диабета – синдромом Вольфрама – для выяснения важного биохимического пути бета- клеточная недостаточность при диабете. Результаты Линшан Шан и его коллег были опубликованы сегодня в журнале «Диабет».
Ученые из NYSCF произвели индуцированные плюрипотентные стволовые клетки (iPS) из образцов кожи людей с редкой формой диабета, синдромом Вольфрама. Затем они получили инсулин-продуцирующие клетки (бета-клетки) из этих iPS-клеток, создав модель человеческого диабета in vitro. Затем они показали, что бета-клетки не могут нормально секретировать инсулин из-за стресса сворачивания белка или эндоплазматического ретикулума (ЭР). Они обнаружили, что химическое вещество, 4-фенилмасляная кислота, снимающее этот стресс, предотвращает разрушение клеток, что указывает на потенциальную цель для клинического вмешательства.
«Эти клетки представляют собой важный механизм, который вызывает отказ бета-клеток при диабете. Эта модель iPS-клеток человека представляет собой значительный шаг вперед в изучении этого изнурительного заболевания и разработке новых методов лечения,» сказал Дитер Эгли, доктор философии, главный исследователь исследования и старший научный сотрудник NYSCF и NYSCF – Robertson Stem Cell Investigator.
Синдром Вольфрама – редкое генетическое заболевание со смертельным исходом, характеризующееся развитием инсулинозависимого диабета, потерей зрения и глухотой. Поскольку все формы диабета в конечном итоге являются результатом неспособности бета-клеток поджелудочной железы обеспечивать достаточное количество инсулина в ответ на концентрацию сахара в крови, эта модель стволовых клеток пациента Wolfram позволяет анализировать конкретный путь, ведущий к недостаточности бета-клеток в более распространенных формах диабет. Это также позволяет тестировать стратегии восстановления функции бета-клеток, которые могут быть применимы ко всем типам диабета.
«Используя технологию стволовых клеток, мы смогли изучить разрушительное состояние, чтобы лучше понять, что вызывает симптомы диабета, а также обнаружить возможные новые мишени для лекарств,» сказала Сьюзен Л. Соломон, соучредитель и главный исполнительный директор New York Stem Cell Foundation.
«В этом отчете еще раз подчеркивается полезность тщательного изучения редких заболеваний человека как пути к выяснению более распространенных,» сказал соавтор Рудольф Л. Лейбель, доктор медицины, Кристофер Дж. Мерфи, профессор диабетических исследований и содиректор Диабетического центра Наоми Берри в CUMC. «Наша способность создавать функциональные инсулин-продуцирующие клетки с использованием методов стволовых клеток на клетках кожи пациентов с синдромом Вольфрама помогла раскрыть роль стресса ER в патогенезе диабета. Использование лекарств, снижающих такой стресс, может оказаться полезным для профилактики и лечения диабета.»
Врачи из Диабетического центра Наоми Берри наняли пациентов с синдромом Вольфрама, чтобы они пожертвовали образец кожи. Все пациенты Wolfram страдали диабетом в детстве, требовавшим лечения с помощью инъекций инсулина, и у всех была потеря зрения. Дополнительные клеточные линии были получены из Института медицинских исследований Кориелла. Исследователи из NYSCF «перепрограммирован,» или возвращаются, клетки кожи переходят в эмбриональное состояние, чтобы стать iPS-клетками. Клеточная линия iPS, полученная от здорового человека, использовалась в качестве нормального контроля.
Исследователи дифференцировали iPS-клетки субъектов Wolfram и контрольные клетки в бета-клетки. Этот сложный процесс занял несколько недель. Они имплантировали бета-клетки Wolfram и контрольные iPS-клетки под капсулу почек мышей с ослабленным иммунитетом. Бета-клетки субъектов Вольфрама производили меньше инсулина в культуральной чашке и выделяли меньше инсулина в кровоток мышей, когда у них был повышенный уровень сахара в крови.
Ключевым открытием было то, что эти бета-клетки показали повышенные маркеры стресса ER. Лечение 4-фенилмасляной кислотой уменьшало стресс ER и увеличивало количество инсулина, продуцируемого бета-клетками, тем самым увеличивая способность секретировать инсулин в ответ на глюкозу.
Прямые доказательства на мышах, а также косвенные доказательства на людях с диабетом 1 и 2 типа подчеркивают роль механизма ответа на стресс ER в выживании бета-клеток, продуцирующих инсулин. Механизмы стресс-реакции ER противостоят как стрессу иммунного нападения при диабете 1 типа, так и метаболическому стрессу высокого уровня глюкозы в крови при обоих типах диабета. Когда стрессовая реакция ER не дает результата, происходит гибель клеток, что потенциально снижает количество продуцирующих инсулин клеток.
