Бета-клетки из жировых отложений
Исследователям Базельского филиала Швейцарской высшей технической школы Цюриха, работающим под руководством профессора Мартина Фуссенеггера (Martin Fussenegger), удалось с помощью искусственной генетической программы трансформировать стволовые клетки жировой ткани в клетки, практически идентичные инсулинпродуцирующим бета-клеткам поджелудочной железы. Это является большим достижением на пути к разработке персонализированной терапии сахарного диабета.
В рамках исследования авторы получили индуцированные плюрипотентные стволовые клетки (иПСК) из клеток жировой ткани 50-летнего пациента, с помощью факторов роста репрограммировали их в клетки-предшественники инсулинпродуцирующих клеток, которые впоследствии модифицировали с помощью сложной системы генов, разработанной таким образом, чтобы продуцируемые ее компонентами факторы роста в точности воспроизводили процесс созревания бета-клеток в организме.
Основными вовлеченными в этот процесс факторами роста являются белки, известные как Ngn3, Pdx1 и MafA. Их концентрации изменяются в ходе процесса созревания бета-клеток. Например, MafA отсутствует в начале процесса и появляется только на четвертый день, когда происходит конечное созревание клеток, при этом его концентрация резко увеличивается, после чего сохраняется на высоком уровне. Изменения концентраций белков Ngn3 и Pdx1 имеют очень сложный характер. Тогда как концентрация Ngn3 повышается, после чего снова понижается, уровень Pdx1 возрастает вначале и ближе к конце процесса созревания. Фуссенеггер подчеркивает, что для получения функционирующих бета-клеток эти процессы, в том числе временную динамику изменений концентраций факторов роста и их количественные значения, необходимо воспроизводить максимально точно.
Динамика изменения концентраций наиболее важных для дифференцировки бета-клеток факторов роста.
Рисунок ETH Zurich.
Бета-клетки, полученные в результате дифференцировки стволовых клеток жировой ткани, внешне не отличаются от своих естественных аналогов. Одним из основных признаков являются содержащиеся в них темные гранулы, являющиеся хранилищами инсулина. В присутствии глюкозы эти клетки, как и положено бета-клеткам, начинают секретировать инсулин.
Сравнение обычных (слева) и искусственных бета-клеток (справа).
Снимок из статьи в Nature Communications.
Несмотря на то, что количество высвобождаемого ими инсулина несколько ниже значений, характерных для обычных клеток, исследователи довольны результатом, так как им впервые удалось воспроизвести весь процесс дифференцировки клеток с помощью генетических методов.
Они отмечают, что ранее ученые направляли и регулировали процессы дифференцировки клеток путем добавления в культивационную среду различных химических соединений и белков с помощью пипеток. Однако точное соблюдение концентрации и временных промежутков при этом является очень сложной задачей, а увеличение объемов производства клеток – практически невозможно. Предложенный авторами подход лишен этих недостатков и обеспечивает превращение 75% стволовых клеток жировой ткани в функциональные бета-клетки.
На сегодняшний день авторы только научились выращивать полученные ими бета-клетки в культуре и не предпринимали попыток протестировать их способность корректировать проявления сахарного диабета. В ближайшем будущем они планируют усовершенствовать свой метод таким образом, чтобы весь процесс дифференцировки стволовых клеток от начали и до конца осуществлялся с помощью генетического репрограммирования.
Фуссенеггер также уверен, что предложенный его группой подход может использоваться для производства и других типов клеток. Он отмечает, что стволовые клетки жировой ткани можно дифференцировать в клетки разных типов и большинство людей располагает запасами жира, из которых эти клетки могут быть выделены в случае необходимости.
Статья Pratik Saxena et al. A programmable synthetic lineage-control network that differentiates human IPSCs into glucose-sensitive insulin-secreting beta-like cells опубликована в журнале Nature Communications.
Евгения Рябцева
Портал «Вечная молодость» http://vechnayamolodost.ru
по материалам ETH Zurich: Beta cells from love handles.
12.04.2016