Исследователи описали новую форму генотерапии -- использование кожных трансплантатов -- для лечения двух родственных и чрезвычайно распространенных болезней у человека: типа-2 диабет и ожирение.

"Мы преодолели некое техническое узкое горлышко и разработали модель трансплантации кожи у мышей с интактной иммунной системой," говорит автор Xiaoyang Wu из Cancer Research at the University of Chicago. "Мы полагаем, что эта платформа обладает потенциалом надежной и продолжительной генотерапии у мышей и мы надеемся, что когда-нибудь и у людей, с использованием отобранных и модифицированных клеток из кожи."

В начале 1970s, врачи установили как урожай стволовых клеток кожи от пациентов с обширными ожоговыми ранами после подращивания их в лаб. и последующего использования выросшей в лаб. ткани для закрытия и защиты ран у пациентов. Этот подход теперь стал стандартным. Однако, использование кожных трансплантатов лучше разработано на людях, чем мышах.

"Система у мышей менее зрелая," говорит Wu. "Это натолкнуло нас на оптимизацию наших 3D кожных органоидов в культуральной системе."

Данное исследование впервые показало, что искусственно созданные трансплантаты кожи могут выживать длительное время у мышей дикого типа с интактной иммунной системой. "Мы получили более 80% успешных кожных трансплантаций," заявил Wu said.

Они сфокусировались на диабете поскольку это широко распространенное не кожное заболевание, которое может лечиться с помощью оперативной доставки специфических белков.

Исследователи вводили ген glucagon-like peptide 1 (GLP1), гормона, который стимулирует поджелудочную железу к секреции инсулина. Добавочный инсулин устраняет избыток глюкозы из кровотока, предохраняя от осложнений диабета. GLP1 может также задерживать освобождение желудка и снижать аппетит.

Используя CRISPR, инструмент для точного генетического инженеринга, они модифицировали ген GLP1. Они ввели одну мутацию, предназначенную для удлинения полу-жизни гормона в кровотоке и слили модифицированный ген с фрагментом антитела так, что он мог циркулировать в кровообращении более продолжительно. Они также присоединили индуцибельный промотор, который позволял им включать ген, чтобы продуцировать больше GLP1, сколько нужно, с помощью воздействия на него антибиотика doxycycline. Затем они вставляли ген в клетки кожи и растили эти клетки в культуре.

Когда эти культивируемые клетки подвергались воздействию раздела воздух/жидкость в лаборатории, то они формировали слои, "подобный коже органоид." Затем они трансплантировали эту выращенную в лаборатории кожу с измененным геном на мышей с интактной иммунной системой. Не наблюдалось существенного отторжения кожного трансплантата.

Когда мыши поедали корм, содержащий небольшие количества doxycycline, то они высвобождали зависимые от дозы уровни GLP1 в кровь. Это сразу же увеличивало уровни инсулина в крови и снижало уровни глюкозы в крови.

Когда исследователи кормили нормальных или мышей с измененным геном диетой с высоким содержанием жира, то обе группы быстро набирали вес. Они становились тучными. Если при этом они потребляли варьирующие уровни doxycycline, чтобы индуцировать высвобождение GLP1, то нормальные мыши наращивали жир, а мыши, экспрессирующие GLP1 обнаруживали меньший избыток веса.

Экспрессия GLP1 снижала также уровни глюкозы и снижала устойчивость к инсулину. Полученные данные строго подтверждают, что кожная генотерапия с индуцибельной экспрессией GLP1 может быть использована для лечения и предупреждения вызываемого диетой ожирения и патологий. Когда они трансплантировали клетки человека с измененным геном мышам с ограниченной иммунной системой, то они наблюдали тот же самый эффект. Очевидно, что кожная генотерапия с секрецией GLP1 может быть пригодна для практики и клиники.

Такой подход в комбинации с точным геномным редактированием in vitro с эффективным использованием преобразованных клеток in vivo может представить "значительные выгоды для лечения многих болезней человека.

"Мы полагаем, что это может предоставить надежное долговременное средство для лечения многих болезней," говорит Wu said. "Он может быть использован для доставки терапевтических белков, замещающих отсутствующие белки для людей с генетическим дефектом, таким как гемофилия. Или он может функционировать как метаболический слив, удаляющий различные токсины."

Кожные клетки предшественники обладают несколькими уникальными преимуществами, которые очень подходят для генотерапии. Кожа человека самый крупный и наиболее доступный орган тела. Её легко отслеживать. Трансплантированная кожа может быть быстро удалена, если необходимо. Клетки кожи быстро пролиферируют в культуре и могут быть легко трансплантированы. Процедура надежная и минимально инвазивная и дешевая.

Существует также потребность. Более 100 миллионов взрослых U.S. имеют или диабет (30.3 миллионов) или prediabetes (84.1 миллионов), согласно Centers for Disease Control and Prevention. Более 2 из 3 взрослых имеют избыточный вес. Более 1 из 3 являются жирными.