Посещений:
ЛЕЧЕНИЕ ДИАБЕТА



Искусственные beta клетки из клеток почек человека

β-cell-mimetic designer cells provide closed-loop glycemic control.
M. Xie, H. Ye, H. Wang, G. Charpin-El Hamri, C. Lormeau, P. Saxena, J. Stelling, M. Fussenegger.
Science, 2016; 354 (6317): 1296 DOI: 10.1126/science.aaf4006

Researchers led by ETH Professor Martin Fussenegger at the Department of Biosystems Science and Engineering (D-BSSE) in Basel have produced artificial beta cells using a straightforward engineering approach.


Рисунки к статье

Diagram of a HEK-beta cell. Extracellular D-glucose triggers glycolysis-dependent membrane depolarization, which activates the voltage-gated calcium channel, resulting in an influx of Calcium ions, induction of the calmodulincalcineurin signaling cascade, and PNFAT-mediated induction of insulin secretion.

Искусственные бета клетки могут делеать всё, что и натуральные клетки: они определяют концентрацию глюкозы в крови и продуцируют достаточно инсулина, чтобы эффективно понижать уровень сахара в крови. Исследователи из ETH представили свою разработку.
Предыдущие подходы базировались на стволовых клетках, которые заставляли дифференцироваться в β-клетки или путем добавления ростовых факторов или вводя сложные генетические комплексы.

Minor reprogramming of HEK cells


Для своего нового подхода ETH исследователи использовали линию клеток, происходящую клеток почек человека, HEK клеток. Исследователи использовали белки естественных транспортеров глюкозы и калиевые каналы мембраны HEK клеток. Они улучшили их, добавив зависимые от напряжения кальциевые каналы и ген для продукции инсулина и GLP-1, гормона, участвующего в регуляции уровня сахара в крови.

Voltage switch causes insulin production


В искусственных β клетках из HEK клеток белок природного транспортера глюкозы (Glut1) переносит глюкозу из кровотока внутрь клетки. Когда уровень сахара в крови превышает определенный порог, то калиевые каналы закрываются. Это воздействует на распределения напряжения (voltage) по мембране, вызывая открытие кальциевых каналов. Кальций втекает внутрь, он запускает в HEK клетках становл5ение сигнального каскада, ведущего к продукции и секреции инсулина или GLP-1.
Первоначальные тесты с искусственными β клетками у диабетических мышей показали, что клетки чрезвычайно эффективны: будучи имплантированными диабетическим мышам модифицированные HEK клетки надежно работали в течение 3-х недель, продуцируя достаточные количества мессенджеров, регулирующих уровень сахара в крови.

Helpful modelling


В разработке искусственных клеток исследователям помогло компьютерное моделирование под руководством Jorg Stelling, проф. Department of Biosystems Science and Engineering (D-BSSE). Модель позволила предсказать клеточное поведение, которое можно было проверить экспериментально. Спустя несколько мес. они обнародовали β клетки, которые росли из стволовых клеток, полученных из жировой ткани людей. Эта техника очень дорогая, однако, β клетки получали индивидуально для каждого пациента. Это новое решение станет дешевле, поскольку система применима ко всем диабетам.

Market-readiness is a long way off


Остается неясным, когда эти искусственные β клетки появятся на рынке. Они прежде всего будут подвергнуты различным клиническим испытаниям, прежде чем будут использованы для людей. Испытания такого типа дорогие и часто длятся несколько лет. Предполагается их появление на рынке через 10 лет.
Международная Федерация Диабета подсчитала, что 640 миллионов во всем мире будут страдать от диабета в 2040 г. В Швейцарии сегодня 40,000 человек страдают от типа 1 диабета, форме, при которой иммунная система полностью разрушила инсулин-продуцирующие β клетки.