Promozione della cella del pancreatico per la sostituzione della cella Beta

Il diabete mellito, in particolare il diabete di tipo 1 (T1D), nasce dalla distruzione autoimmune delle cellule beta di produzione di insulina nelle isolotti di pancreatic. Mentre la terapia di insulina esogene rimane lo standard di cura, non replica il controllo fisiologico preciso del glucosio nel sangue.

La biologia delle cellule pancreatiche duttali

Le cellule del pancreas fanno parte del sistema epiteliale che porta gli enzimi digestivi dalle cellule dell'acinare al duodeno. Storicamente considerate come semplici cellule del condotto, sono ora riconosciute come un serbatoio di potenziale rigenerativo.

Importante, le cellule duttili sono abbondanti e facilmente accessibili tramite procedure endoscopiche, rendendole una fonte pratica per terapie cellulari autologhe.A differenza delle cellule staminali pluripotenti, non portano il rischio di formazione di teratoma, e il loro uso evita il rifiuto immunitario allogeneico. Tuttavia, l'efficienza di convertire una cella dottalente completamente differenziata in una cella beta di glucosio-risponsiva rimane una sfida significativa.

Strategie di riprogrammazione della Fondazione

Fattore di trascrizione sovraespressione

L'approccio più studiato consiste nell'espressione forzata dei fattori chiave di trascrizione delle cellule beta-cellule. Il lavoro seminale di Zhou et al. (2008) ha dimostrato che una combinazione di Pdx1], NgnUT], e MafA

Una limitazione di questo metodo è la dipendenza dai vettori virali integrativi, che solleva le preoccupazioni di sicurezza per l'applicazione clinica. Per affrontare questo, i ricercatori stanno esplorando sistemi di consegna non virale come mRNA transfection] o plasmi episomali]].

Riprogrammazione microRNA-medificato

I microRNAs (miRNAs) sono piccoli RNA non codificanti che regolano l'espressione genica mediante l'individuazione dei mRNAs. Alcuni miRNAs sono arricchiti nelle cellule beta e possono aiutare a orchestrare la rete di riprogrammazione.

Induzione di piccolo calibro

I composti di piccole molecole che modulano i percorsi di segnalazione possono imitare gli effetti dei fattori di trascrizione attivando i programmi di gene endogeno. Questo approccio è completamente non integrato, controllato dalla dose e scalabile. Ad esempio, una combinazione di GSK3β inibitori] (che attivano il segnale Wnt),

Recenti interruzioni nella riprogrammazione delle cellule del ductal

CRISPR/Cas9-Based Epigenetic Editing

Mentre l'editing genetico tradizionale altera la sequenza del DNA, l'editing epigenetico modifica l'espressione del gene senza cambiare il genoma sottostante.

Tracciamento di Lineage e Riprogrammazione di Vivo

I recenti progressi nel tracciamento della lignaggio hanno confermato che le cellule dottali possono servire come fonte di nuove cellule beta negli animali viventi.

Modelli Organoid per l'ottimizzazione

I organoidi organici pancreatici, strutture tridimensionale coltivate da cellule principali duttali, sono diventati una potente piattaforma per studiare la riprogrammazione. Gli organidi ritrattano l'architettura duttile e permettono di testare ad alta produttività le combinazioni di fattori di trascrizione, le piccole molecole longitudinali e le condizioni di cultura.

Implicazioni per la terapia diabete

La promessa di riprogrammazione delle cellule duttiche è una terapia cellulare autologativa personalizzata che potrebbe ripristinare la secrezione dell'insulina endogena nei pazienti T1D. Con la raccolta di una piccola biopsia del tessuto pancreatico, riprogrammare le cellule dottali ex vivo, e reimplantare loro nel paziente (sia nel fegato che sotto la capsula del trapianto del rene), può essere possibile ridurre o eliminare la necessità di iniezioni di insulina.

Un'altra implicazione è il potenziale per trattare i pazienti con diabete di tipo 2 (T2D) con grave disfunzione beta-cellula. In T2D, le cellule beta spesso diventano dedifferenti o subiscono apoptosi a causa di stress metabolico.

Per una panoramica approfondita degli attuali approcci di riprogrammazione cellulare, i lettori possono fare riferimento al [2018 Review Nature on beta-cell regeneration[[]. Inoltre, il paesaggio di studi clinici per terapie cellulari pancreatiche è tracciato dal database clinici di Trials.gov, dove sono ora diversi studi di fase iniziale che utilizzano il database di cellule staminali.

Sfide e direzioni future

Nonostante l'eccitazione, diversi ostacoli rimangono prima che la riprogrammazione delle cellule induttali può entrare nella clinica.

Efficienza e Maturazione

Anche i migliori protocolli attuali producono solo una frazione di cellule beta completamente mature. La maggior parte delle cellule riprogrammate sono poliomonali (co-esprimendo insulina e glucagone o somatostatina), indicando un cambiamento incompleto a un'identità beta-cellula monohormonale. Le cellule spesso mancano del marchio risposta insulina di prima fase e hanno una soglia di stabilizzazione più profonda del glucosio

Stabilità a lungo termine

Nelle cellule del mouse, l'espressione dell'insulina dalle cellule indotte dal PDM è diminuita dopo 6–9 mesi. Ciò potrebbe essere dovuto alla semplificazione dei transgene o ad un fallimento delle cellule per mantenere la rete di regolazione del gene beta-cell. Per affrontare questo, i ricercatori stanno progettando loop di feedback positivi auto-susando, ad esempio, utilizzando la rete di reministrazione dell'insulina per guidare il nativo

Consegna e Ingraftment

Anche se le cellule beta funzionali sono generate, devono essere consegnate a un sito che supporta la loro sopravvivenza e funzione. Il fegato, un sito comune per il trapianto di isolotto, è ipoxico e espone le cellule ad alti livelli di glucosio e tossine. Lo spazio sottocutaneo o l’omentum sono esplorati come siti alternativi, spesso in combinazione con i ponteggi che promuovono la vascolarizzazione.

Protezione immunitaria

Come notato, la risposta autoimmune in T1D attaccherà qualsiasi nuova beta celle, indipendentemente dalla loro origine. Immunosuppressione sistemica non è ideale a causa di effetti collaterali.

  • Genere modifica per eliminare le molecole di classe HLA[ (ad esempio, microglobulina beta-2) per ridurre il riconoscimento da cellule T citotossiche.
  • Espressione degli inibitori del punto di controllo del sistema immunitario[[]] come PD-L1 per indurre la tolleranza immunitaria locale.
  • Riprogrammazione combinata con la terapia T-cellula di regolazione (Treg)[[]] per ristabilire la tolleranza.

Studi preclinici che combinano le cellule dottali riprogrammate con l'infusione di Treg hanno mostrato una lunga sopravvivenza dell'innesto in topi, spianando la strada ad un approccio immunoterapia cellulare combinato.

Scalabilità e buona pratica di fabbricazione (GMP)

Se la riprogrammazione delle cellule duttali è di diventare un trattamento diffuso, i protocolli devono essere standardizzati e scalati. Il tessuto pancreatico umano è limitato, ma le cellule duttili possono spesso essere espanse nella cultura come organoidi prima di riprogrammare, generando un numero sufficiente di cellule da una singola biopsia.

Guardando

La riprogrammazione delle cellule del pancreas è un campo di avanzamento rapido che mantiene una promessa reale per una cura funzionale per il diabete. La convergenza del fattore di trascrizione biologia, editing dei geni e scienza dei materiali sta producendo miglioramenti incrementali nell'efficienza, sicurezza e durata. I prossimi cinque anni probabilmente vedranno i primi studi clinici delle cellule del duttale riprogrammate ex vivo in modo dettagliato nell'uomo, inizialmente come una prova di concetto di un piccolo.