Type 1 diabetes: dichter bij de behandeling komen die nieuwe insulinecellen genereert
Recent onderzoek heeft nieuwe wegen ingeslagen in de zoektocht naar een type 1 diabetesbehandeling die insulineproducerende cellen genereert.
Wetenschappers van de Universiteit van Kopenhagen in Denemarken en het Helmholtz Zentrum München in Neuherberg, Duitsland, hebben de signalen in kaart gebracht die het lot van voorlopercellen in de alvleesklier bepalen.
Deze onrijpe cellen kunnen zich ontwikkelen tot eilandcellen die insuline maken of tot een ander type cel.
Het journaal Natuur bevat een paper over de bevindingen.
Dit onderzoek laat zien dat voorlopercellen van de alvleesklier rond stuiteren en dat hun directe omgeving, of extracellulaire matrix, een sterke rol speelt bij het bepalen van hun lot.
"We zijn nu in staat geweest", zegt prof. Henrik Semb, senior auteur en directeur van het Institute of Translational Stem Cell Research bij Helmholtz Zentrum München, "om het signaal in kaart te brengen dat bepaalt of pancreas-voorlopercellen endocrien worden, zoals insuline- bètacellen of kanaalcellen produceren. "
Type 1 diabetes en eilandcellen
Insuline is een hormoon dat cellen helpt glucose op te nemen en te gebruiken om energie te maken.
Diabetes ontstaat wanneer de bloedsuikerspiegel van het lichaam te hoog is. Dit kan gebeuren omdat er niet genoeg insuline is (diabetes type 1) of omdat de cellen het niet goed kunnen gebruiken (diabetes type 2).
Cijfers voor 2015 van de Centers for Disease Control and Prevention (CDC) suggereren dat ongeveer 30,3 miljoen mensen in de Verenigde Staten dat jaar diabetes hadden. Ongeveer 5 procent van hen heeft diabetes type 1 en heeft een dagelijkse insulinebehandeling nodig.
Type 1-diabetes ontstaat wanneer het immuunsysteem insulineproducerende cellen in de alvleesklier vernietigt.
Deze cellen bestaan in clusters die eilandjes van Langerhans worden genoemd en die verschillende soorten cellen bevatten die hormonen maken. Degenen die insuline maken, worden bètacellen genoemd.
De recente studie concentreerde zich op voorlopercellen. Deze onrijpe cellen zijn "vroege afstammelingen" van stamcellen.
Net als stamcellen kunnen voorlopercellen een of meer soorten cellen worden. In tegenstelling tot stamcellen kunnen ze zich echter niet voor onbepaalde tijd delen en reproduceren. Ook kunnen voorlopercellen rijpen tot een beperkter aantal celtypen dan stamcellen.
Voorlopercellen zijn ‘constant’ in beweging
Voorlopercellen zijn moeilijk te bestuderen omdat ze niet stilzitten. "Ze bewegen zich constant rond in de zich ontwikkelende alvleesklier, wat leidt tot frequente veranderingen in de omgeving", merkt prof. Semb op.
Hij vergelijkt de cellen met flipperkasten die rond stuiteren in een machine - hun "uiteindelijke score is gebaseerd op de som van het aantal ontmoetingen met speldjes".
Om te onderzoeken hoe elke voorloper op zijn omgeving reageerde zonder de tussenkomst van andere cellen, namen hij en zijn collega's voorlopers die waren ontwikkeld op basis van menselijke stamcellen en zaaiden ze op glasplaatjes met micropatronen van matrixeiwitten.
Prof. Semb zegt dat de onderzoekers erg verrast waren door wat ze ontdekten.
Ze ontdekten dat verschillende interacties met componenten in de extracellulaire matrix de "mechanische krachttoestand binnen de voorloper" veranderden.
"Deze krachten zijn het resultaat van interacties tussen de extracellulaire matrix, die zich buiten de cel bevindt, en het actine-cytoskelet, dat zich in de cel bevindt", voegt hij eraan toe.
Endocriene of ductcel?
Met behulp van verdere experimenten ontdekte het team dat blootstelling aan verschillende eiwitten in de extracellulaire matrix de voorlopers op verschillende manieren naar hun lot leidde.
Afhankelijk van de betrokken krachten werden de voorlopercellen ofwel kanaalcellen ofwel hormoonproducerende (endocriene) eilandjescellen.
"De experimenten tonen aan dat blootstelling aan de extracellulaire matrix laminine de voorlopercellen naar een endocrien lot leidt door de mechanische krachten in de cellen te verminderen", legt prof. Semb uit.
"Omgekeerd leidt blootstelling aan fibronectine tot een lot in de kanalen vanwege de toegenomen mechanische krachten", voegt hij eraan toe.
"Onze ontdekking is baanbrekend omdat het verklaart hoe multipotente progenitorcellen tijdens de vorming van organen uitgroeien tot verschillende celtypen."
Prof. Henrik Semb
De bevindingen van het team moeten helpen bij de ontwikkeling van behandelingen die insulineproducerende cellen uit stamcellen maken.
"We kunnen nu een aanzienlijk aantal empirisch afgeleide stoffen, waarvan de werking in de huidige state-of-the-art differentiatieprotocollen grotendeels onbekend is, vervangen door remmers van kleine moleculen die zich richten op specifieke componenten van de nieuw geïdentificeerde mechanosignaleringsroute", zegt prof. opmerkingen.
Hij voegt eraan toe dat de studie ook een reeks precisie-engineeringtools heeft opgeleverd die nuttig zouden kunnen zijn bij het ontwikkelen van celvervangende behandelingen, niet alleen voor diabetes type 1, maar ook voor andere ernstige aandoeningen, zoals neurodegeneratieve ziekten.
In een video van Helmholtz Zentrum München vat prof. Semb het onderzoek samen en legt hij de invloedrijke rol van de extracellulaire matrix bij het bepalen van het lot van onvolgroeide pancreascellen uit.
