אתגר הסוכרת ו-Stem Cell Promise

סוכרת משפיעה על יותר מ-500 מיליון אנשים ברחבי העולם, עם סוכרת מסוג 1 חשבונאות עבור חלק משמעותי של מקרים מאופיין על ידי הרס אוטואימוני של תאי בטא המייצר אינסולין בבלוטות הלבלביות. תקן הנוכחי של טיפול - זריקות אינסולין אקסוגניות או טיפול משאבה - לא לשכפל את nuanced, בזמן אמת גלוקוז-responsive של תאים בריאים להיות זה.

השתלת Cadaveric יכולה לשחזר את סודיות האינסולין הפיזיולוגית, אבל ההשפעה שלה מוגבלת על ידי מחסור התורם, תשואות בידוד משתנה, ואת הדרישה לדיכוי חיסוני ארוך טווח.על רקע זה, תאי גזע בשפע (iPSCs) הופיעו כפלטפורמה טרנספורמטיבית עבור יצירת מקור בלתי מוגבל, ספציפי לחולה של תאים פונקציונליים.

המונחים: Pluripotent Stem Cells

תאי גזע מובנים היו הראשונים תוארו על ידי שיאניה יאמנקה וצוותו בשנת 2006. על ידי הצגת ארבעה גורמי תילעת - אוקט 4, Sox2, Klf4 ו- c-Myc - בעכבר fibroblasts, הם ריכזו מחדש את התאים למצב מלוטש.זה פריצת דרך, הוענק פרס נובל בשנת 2012, פגום את מוסרי ומעשי של תאים אנושיים (ESC פתח) ו-רפאים).

iPSCs לעומת Embryonic Stem Cells

גם iPSCs וגם ESCs חולקים תכונות מפתח: לחדש עצמי ואת היכולת להבדיל מכל סוג תא של שלוש שכבות גרראם.עם זאת, iPSCs מציעים יתרונות נפרדים.הם יכולים להיגזר מכל תא סונטי נגיש (כגון עור fibroblasts או תאי דם) ללא הרס של העוברים.

תהליך השיפוץ מאז התבגר.שילוב ללא גישות באמצעות וירוס Sendai, plasmids אפיזומאל, או mRNA סינתטי עכשיו להימנע שינויים גנטיים קבועים הקשורים במקור עם וקטורים רטרו-ויראליים. אלה התקדמות לשפר את הבטיחות עבור יישומים קליניים ולהביא iPSCs קרוב יותר מרפאה.

הדרך מ- iPSC ל-Competal Beta Cell

שילוב של iPSCs לתוך תאי בטא המייצר אינסולין כרוך בשיפוץ של השלבים המשתנים של התפתחות הלבלבית המתרחש במהלך העובריגנים.פרוטוקול זה הוא בדרך כלל 25 עד 40 ימים ודורש חשיפה מדויקת לגורמי צמיחה ומולקולות קטנות.

שלב 1: הפחתה משמעותית

השלב הראשון מכוון iPSCs לקראת סוף מוחלט, שכבת הגרים שממנו עולה הלבלב. ריכוזים גבוהים של אקטובין A ו Wnt3a להפעיל את מסלול הסימון Nodal, המניע ביטוי של סמנים אנדודורמאליים כגון SOX17 ו-FOXA2. שלב זה הוא יעיל מאוד בפרוטוקולים מודרניים, עם 90% של תאים להמיר סופיים כדי לסיים.

שלב 2: ספקטרום פנטזיטור Pancreatic Progenitor Specification

לאחר סיום מוחלט הוקם, חומצה רגינוטית, גורמי צמיחה fibroblast (FGFs), וחלבון מורפגני עצמות (BMP) מעכבים תאים להנחות תאים לעבר דלקת אחורית ולאחר מכן pancreatic progenitor זהה. גורמי ליתעתיק מפתח -PDX1, NKX6.1, ו-HNF1B -be להופיע.

שלב 3: אנדוקריני Progenitor ו- Beta Cell Maturation

כדי להניע את הגוון לתוך תאים אנדוקריניים, המדיום התרבותי הוא משלים עם מעכבי מסלול Nch (למשל, DAPT), הורמון בלוטת התריס (T3), מעכבי gamma-secretaseors. אלה שינויים upregulate NEUROG3, המוביל לעיכוב אנדוקריני progenitor היווצרות תרבות .sequenturation הוא השלב המאתגר ביותר: לייצר תאים משותפים, MAX1, עם דלקת גלוקוז מורחבת, ו-X1x2D).

סטטוס נוכחי של פרוטוקולים שונים

קבוצות מובילות, כולל אלה ב-ViaCyte (כיום חלק מ- Vertex Pharmaceuticals), CRISPR Therapeutics, ומרכזים אקדמיים, דיווחו על פרוטוקולים של מחקר המספקים תאים המסודים אינסולין בתגובה לגלוקוז ב vitro ויכולים להפוך את הסוכרת בעכברים immunodeficientology. A Index היה המחקר על ידי Rezania et al. אשר הפיק עם כמעט 50%- חיובי ו-GIS ישמור על ידי תאים מתקדמים יותר.

היתרונות של iPSC-Derived Beta Cells for Therapy

הערעור של תאי בטא-התעלים של iPSC הוא הפוטנציאל שלהם להתגבר על המגבלות הבסיסיות של טיפולים סוכרתיים נוכחיים וגישות חלוריות קודמות.

בעיות המטופלים והחיסון

מכיוון ש- iPSCs יכול להיגזר מהתאים של המטופל, השתלה אוטומטית מבטלת או מפחיתה את הצורך בדיכוי אימונו-סמפוס.למרות מחקרים אחרונים מראים כי גניבת iPSC אוטומטית עדיין יכולה לעורר תגובות חיסוניות - בשל שיפור של טיפול ניאוגנים הקשורים לסוכרת או חוסר התאמה מיטוכונדריאלי - רמת ההתקפה החיסונית בדרך כלל נמוכה יותר מאשר שימוש בדלקתיים, אך בסופו של טיפול תרופתי, עלולים עם טיפול תרופתי אחד, אך בסופו של טיפול תרופתי, אך בסופו של דבר, עלולים עם טיפול תרופתי, עם טיפול תרופתי או טיפול תרופתי, עם טיפול תרופתי, עם טיפול תרופתי, עם טיפול תרופתי, עם טיפול תרופתי, עלולים עם טיפול תרופתי, עלולים עם טיפול תרופתי, עם טיפול תרופתי, עם טיפול תרופתי, אך ורק עם טיפול תרופתי, עם טיפול תרופתי, או טיפול תרופתי, עם טיפול תרופתי, עם טיפול תרופתי, עם טיפול תרופתי, עם טיפול תרופתי, עם טיפול תרופתי, עם טיפול תרופתי, עם טיפול תרופתי, עם טיפול תרופתי, עם טיפול תרופתי, עם טיפול תרופתי אחד, עלול בסופו של טיפול תרופתי, עם טיפול תרופתי, בסופו של דבר, בסופו של דבר, עם טיפול תרופתי, עם טיפול תרופתי אחד, בסופו של דבר, יכול בסופו של דבר, יכול בסופו של דבר, עם טיפול תרופתי

אספקת תאים סקאלה וקונסולת

iPSCs יכול להיות מופיץ ללא הגבלת זמן ב vitro, מה שהופך אותם מקור כמעט בלתי מוגבל לייצור. בנק תא יחיד יכול להיות מאופיין גנטית, נבדק עבור סטריליות ויציבות, ולאחר מכן להרחיב כדי לייצר מיליארדי תאים בטא הדרושים להשתלה. זה קנה מידה קריטית לטיפול במיליוני חולי סוכרת ברחבי העולם.

יתרון מוסרי

בניגוד לתאי גזע עובריים, iPSCs לא להסתמך על הרס העוברים האנושיים.הבחנה אתית זו סייעה מימון מחקר רחב יותר, קבלה רגולטורית ותמיכה ציבורית.זה גם מאפשר לחוקרים לייצר קווי תאים ספציפיים ממטופלים שנשאו מוטציות גנטיות (למשל, MODY, סוכרת ניאונטלית), המאפשרת במודל vitroing ובדיקת סמים ללא מחלוקת אתית.

שמירה על אתגרים ומחקרים פעילים

למרות התקדמות יוצאת דופן, יש להתגבר על כמה מכשולים לפני תאי בטא iPSC-derived להיות טיפול קליני שגרתי.שדה הוא רודף פתרונות באופן פעיל לכל אחד.

גמישות תפקודית וגלוקוז אחריות

בתאי בטא vitro-derived לעתים קרובות להיכשל כדי להשיג את ההיענות הגלוקוז של אליטות אנושיות ראשוניות.הם עשויים להציג שיעור פרשת אינסולין בישבן גבוה, תגובה ראשונה גרועה, ושינה ביטוי ערוץ יון.חוסר של intra-islet heterogeneity - תערובת של אלפא, דלה, ותאים אנדוקריניים אחרים - עשוי להשפיע גם על אסטרטגיות האחרונות כוללים co-re-agulation תאים מרובים, כמו גם על תאים עם תאים בוגר.

גם בהגדרות אוטולוגיות

נגזרות IPSC-Ded נטו מזמן להתעלם ממערכת החיסון.עם זאת, ניסויים בעכברים הראו כי רקמות iPSC-deriveed autologous יכול לגרום לחדירה של תאי T ודחייה, ככל הנראה בשל מוטציות גנטיות שנרכשו במהלך הדבקה או הרחבה תרבותית. גנום שלם, בקרת איכות זהירה, ופיתוח של "דלקת-חוסן" הם רדפו על ידי תאים טבעיים של תאים פגומים (CDC) על ידי מוטציות.

סיכון מקבילות

iPSCs שלא ניתן להשיג במוצר הסופי של התא יכול ליצור teratomas.בנוסף, תהליך השיפוץ עצמו יכול להציג מוטציות על-cogenic, במיוחד אם באמצעות שילוב וקטורים. מדרגות מייגציה כוללים טיהור קפדני של תאים שונים (למשל, באמצעות סמנים משטח כמו CD49a או תקליטורים), באמצעות גנים (למשל, שלה פשוט וירוסים של תאים לא מוכרים) מאשר תאים לא-מדומים (למשל, כדי לבצע תאים לא-מסוגים) כדי לבצע תאים פגומים) כגון תאים פגומים רבים.

סקלאלה וייצור

פרוטוקולים שונים נוכחיים מסתמכים על גורמי צמיחה יקרים, על שלבים של טיפול ידני, ועל פני השטח התרבותיים שאינם מתאימים לייצור בקנה מידה גדול. Scaling ממעבדה לפרקטיקה ייצור טובה (GMP) דורש תרבות דבקה בערימה של flasks, מיקרו-קרייר מבוסס bioreactors, או 3D מערכות השעיה מוגדרות, xeno-free כי יכול לייצר תשואה עקבית של עשרות שנים לאחר תהליך פיתוח יעיל של פיתוח, אך עדיין מוגבל של תהליכים פעילים של פיתוח, אך ורק לאחר מכן, אך ורק לאחר מכן, הגבלות פיתוח, הוא עדיין צפוי של תהליכים מתקדמים של תהליכים מתקדמים של תהליכים מתקדמים של פיתוח, אך ורק לאחר מכן, אך ורק לאחר מכן, הוא עדיין, הוא עדיין, אך ורק לאחר מכן, הגבלות רחב של פעילות גופנית, או 3D.

כיוונים עתידיים: Gene Editing, Encapsulation, and Beyond

הצומת של טכנולוגיית iPSC עם עריכת גנים והנדסת ביו-גריינג הוא מאיץ התקדמות לקראת טיפול מעשי.

ג'ין אדית תאים Hypoחיסונים

CRISPR-Cas9 גידור מאפשר את הדהוק המדויק או הוספת הגנים ליצור "תורם חד-משמעי" קווי iPSC. לדוגמה, על ידי מחיקת בטא-2-מיקרוגלובולין (B2M), שיעור MHC I ביטוי הוא לחסל, למנוע CD8+ T-T ההכרה תא המטען טבעי, אסטרטגיה נפוצה היא לבטא HLA-E או את תאים לא-קלאסיים אלה (Igicial C) באמצעות תאים אלה.

מכשירים Encapsulation

כדי להגן על תאי בטא מושתלים מהתקפה חיסונית תוך מתן גלוקוז ודיפוזיה אינסולין, מכשירים שונים של encapsulation פותחו. Macroencapsulation pouches (למשל, ViaCyte של PEC-Direct ו- PEC-Encap) בית תאים ב- a-pericial-perenbriable membrane כי לא כולל תאים חיסוניים. ניסויים קליניים מוקדמים הראו בטיחות וחלק מהסימנים של דלקת מפרקים, אך ורקפתים יכולים להיות עמידים משמעותיים יותר, אך ורק על ידי מיקרו-אופטימיים, אך ורק על גבי דלקתיים, אך ורק על גבי דלקתיים, כמו מיקרו-אופטימיים, כמו מיקרו-אופטימיים, אך ורק על גבי דלקתיים, כמו מיקרו-אופטימיים, אך ורק על גבי דלקתיים, כמו גם על גבי דלקתיים, כמו microazateal-אופטימיים, כמו גם על גבי דלקתיים, או על ידי נוגדנים עצמיים, כמו מיקרו-אופטימיים, כגון, כגון, כגון, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000 יכול להיות עמידתיקים, 000

3D Organoids ו- Bioprinting

מעבר לאשכולים פשוטים, החוקרים הם אסמלינג 3D של איברים המכילים תאי בטא יחד עם אלפא, דלה ותאים PP בארכיטקטורה דמוית מולדת יותר. אלה איברים יכולים להיווצר על ידי פרוגנזורים co-culturing או באמצעות שימוש במיקרו-pated scaffolds ומערכות הידרוגל.

מסקנה

תאי גזע בשפע מובנים מייצגים שינוי פרדיגמטי ברפואה רגנרטיבית לסוכרת.היכולת לייצר תאים ספציפיים לחולה או hypoחיסונים hypoחיסונים בכמויות בלתי מוגבלות יש פוטנציאל להפוך את הנוף הטיפול מניהול סימפטום לטיפול חלופי אמיתי.התקדמות בעשור האחרון הייתה יוצאת דופן: פרוטוקולים הנדסיים נוכחיים לייצר תאים שהפכו את הסוכרת במודלים של בעלי חיים, וניסויים קליניים מוקדמים עם קיבולת מלאה של כל הגזעים המוחשיים, הם אתגרים גנטיים, כלומר, הם בעלי יכולת טיפולית, ומערכת אבטחה מתקדמת, באופן שיטתית, הם בעלי תפקוד.

הדרך לריפוי זמין נרחב ידרוש שיתוף פעולה מתמשך בין ביולוגים תאי גזע, אימונולוגים, ביו-נגינרים, ומרפאות.השקעות במתקני GMP, בקרת איכות חזקה כפיסים, ומחקרים לטווח ארוך הוא קריטי. עם ההתכנסות של טכנולוגיית iPSC, עריכת גנים ומכשירי אספקה מתקדמים, את האפשרות של תא בטא פונקציונלי עבור מיליוני חולים היא כבר לא אפשרות רחוקה אבל אחד עשורים הבאים.