«В чашке с помощью одного этого переключателя можно произвести функциональную человеческую бета-клетку, которая реагирует почти так же хорошо, как и естественная», — говорит старший автор исследования Рональд Эванс, молекулярный биолог из Института Солка. «Это была серьезная блокада, и ее преодоление было серьезной проблемой для этой области».Чтобы создать клетки разных типов в лаборатории, стволовые клетки необходимо направить на путь определения — ветвящиеся пути, по которым клетки плода обычно проходят, чтобы стать нейронами, клетками кожи, мышечными клетками или любым количеством других типов клеток. Но есть много точек развития между стволовыми клетками и полностью выросшими клетками, а для бета-клеток поджелудочной железы стволовые клетки исторически останавливались на ранней стадии при выращивании в лаборатории. «На этом все застряли», — говорит Эванс.
Чтобы выявить различия между бета-клетками плода и взрослых и определить, что может вызвать следующий шаг в этом процессе, Эванс и его коллеги проанализировали транскриптомы человеческих клеток. Они обнаружили, что белок ядерного рецептора, связанный с эстрогеном рецептор ? (ERR?), встречается в гораздо больших количествах во взрослых бета-клетках. Команда Эванса ранее работала с протеином, который помогает повысить выносливость при беге.«В мышцах ERR? вызывает больший рост митохондрий и способствует окислительному использованию сахаров и липидов для выработки энергии», — говорит Эванс. «Было немного неожиданно увидеть, что бета-клетки производят высокий уровень этого регулятора, но бета-клетки должны быстро выделять огромное количество инсулина, чтобы контролировать уровень сахара.
Это очень энергоемкий процесс».Когда исследователи выращивали мышей, у которых отсутствовала ERR?, бета-клетки животных не могли вырабатывать инсулин в ответ на скачки уровня глюкозы в крови. Но когда команда проинструктировала человеческие бета-подобные клетки, выращенные в лаборатории, производить больше ERR?, «Вуаля», — сказал Эванс. «Эти клетки в культуре начали реагировать на глюкозу и выделять инсулин».
Для дальнейшего тестирования созревших клеток исследователи трансплантировали их диабетическим мышам. С первого дня трансплантации клетки вырабатывали инсулин в ответ на скачки глюкозы в крови мышей, облегчая смоделированный диабет. «Мы были очень взволнованы, когда увидели это», — говорит Эванс. Ученые пришли к выводу, что одного включения переключателя ERR? достаточно для созревания бета-подобных клеток in vitro, способных спасти диабет in vivo.Оглядываясь назад, можно сказать, что в постоянных лабораторных условиях, говорит Эванс, выращенные бета-клетки просто застряли на стадии плода.
Когда плод развивается, он получает стабильный уровень глюкозы от матери и не должен вырабатывать инсулин, чтобы контролировать уровень сахара в крови. «Мы думаем, что этот молекулярный переключатель ERR? является критическим событием для достижения функциональности взрослого человека», — говорит Эванс, добавляя, что переключатель, вероятно, переключается нормально, когда младенец делает свой первый вдох, который насыщает кровь кислородом и помогает запустить окислительный метаболизм.«Я считаю, что эта работа переводит нас в новую эру произвольного создания функциональных бета-клеток», — говорит Эванс.
Исследователи планируют изучить этот процесс на более сложных моделях лечения диабета.