Výskumníci na celom svete zintenzívňujú úsilie o pochopenie a prevenciu tvorby jazvy v bunkách pankreatických ostrovčekov, čo je stav, ktorý podkopáva produkciu inzulínu a komplikuje liečbu cukrovky. Táto fibróza, spôsobená chronickým zápalom a zranením, stuhuje mikroprostredie ostrovčeka a zhoršuje funkciu beta buniek. Nedávny pokrok v molekulárnej biológii, vývoji liekov a regeneratívnej medicíne otvára nové cesty na zastavenie alebo dokonca zvrátenie tohto škodlivého procesu, čo ponúka nádej na trvalejšie liečby cukrovky 1. typu a 2. typu.

Problém fibrózy z ostrovných buniek

Fibróza isletových buniek

Aj v súvislosti s transplantáciou ostrovčekov chrupavky, kde sú darcovské ostrovčeky infúzované do pečene príjemcu chrupu zostáva hlavnou príčinou zlyhania štepu. Okamžitá krv-sprostredkované zápalové reakcie (IBMIR) a následné fibrotické zapuzdrenie môže zničiť až 60% transplantovaných ostrovčekov v priebehu prvých niekoľkých dní. Riešenie jazvy formovanie je preto rozhodujúce ako pre zachovanie natívne ostrovček funkcie v chronickej pankreatitídy a pre zlepšenie dlhodobého úspechu bunkovej-výmena terapie.

Pochopenie mechanizmov fibrózy

Fibrogenéza v pankrease je poháňaný komplexným súhra bunkových a molekulárnych signálov. V srdci procesu sú pankreatické stelné bunky (PSC). V zdravom pankrease, PSC zostávajú chievne, ukladanie vitamínu A a udržanie ECM obratu. Pod stresom chôdze hyperglykémie, zápalové cytokíny ako TGF-β1 a IL-1β, alebo oxidačné poškodenie

Ďalším kľúčovým hráčom je cesta transformujúceho rastového faktora beta (TGF-β). TGF-β1 je silný profibrotický cytokín, ktorý stimuluje aktiváciu PSC a syntézu ECM pri potlačení degradácie ECM. V ostrovných bunkách, chronické TGF-β signalizácia tiež indukuje epitel-to-mesenchymálny prechod (EMT), ďalej prispieva k fibróze a dysfunkcii beta-buniek. Okrem toho zápalové mediátory, ako je tumor nekrotizujúci faktor alfa (TNF-α) a interleukín-6 (IL-6), zosilniť fibrotickú odpoveď náborom imunitných buniek a preniknutím cyklu poškodenia a opravy tkanív.

Nedávny výskum zdôraznil úlohu vrodeného imunitného systému, najmä makrofágov. Pro-zápalové makrofágy M1 vylučujú cytokíny, ktoré podporujú aktiváciu PSC, a alternatívne aktivované makrofágy M2 môžu uvoľniť protizápalové faktory, ktoré môžu pomôcť vyriešiť fibrózu. Rovnováha medzi týmito makrofágovými fenotypami je rozhodujúcim faktorom toho, či fibróza postupuje alebo regresie. Pochopenie týchto dráh poskytlo výskumníkom bohatý súbor potenciálnych terapeutických cieľov.

Úloha prestavby extracelulárnych Matrixov

Okrem jednoduchej akumulácie môže aj samotná ECM vytvárať fibrózu. V fibrotickej pankrease sa ECM stáva skríženým a pevným, mení biomechanické podnety, ktoré dostávajú bunky ostrovčekov. Táto abnormálna tuhosť aktivuje signálne dráhy sprostredkované integrínom (napr. FAK, YAP/TAZ), ktoré ďalej podporujú aktiváciu a deliferáciu PSC a beta-buniek. Okrem toho fibrotické ECM sekvestračné faktory rastu a cytokíny, vytvárajú zásobu profibrotických signálov. Výskum na liečbu zameranú na ECM je napríklad inhibícia lyzyloxidázy (LOX) na zabránenie skríženiu alebo používanie enzýmov rozkladu matrice a je aktívna oblasť vyšetrovania.

Inovatívne stratégie prevencie alebo reverznej fibrózy ostrova

Vedci skúmajú rôzne druhy prístupov a prístupov, ktoré sú chromozologické, genetické, bunkové a materiálovo založené, aby bojovali proti jazvám z ostrovčeka. Každá stratégia sa zameriava na iný krok v fibrotickej kaskáde, od blokovania počiatočnej aktivácie signálov k rozpúšťaniu zavedených jazvy tkaniva.

Antifibrotikum

Niekoľko tried liekov sa repurpuje alebo novovyvinutých na inhibíciu fibrózy v ostrovčekových bunkách. Medzi najčastejšie skúmanými sú inhibítory receptora TGF-β (napr. galunisertib, SB431542). Predklinické štúdie ukázali, že blokovanie signálu TGF-β môže znížiť aktiváciu PSC a zachovať funkciu ostrovčeka v modeloch myšacej cukrovky a po transplantácii. Avšak, pretože TGF-β má tiež dôležité protizápalové a nádorové funkcie, systémová inhibícia môže spôsobiť vedľajšie účinky, ako je zhoršené hojenie rany a zvýšené riziko rakoviny. Výskumníci preto pracujú na cielených systémoch pôrodu

Ďalšou sľubnou triedou sú inhibítory Rho-kinázy (ROCK), ako je fasudil. Rock signál je po niekoľkých profibrotických dráh a reguluje PSC kontrakcie a syntézu ECM. In vitro fasudil znižuje tvorbu kolagénu aktivovanými PSC a in vivo zlepšuje funkciu štepu ostrovčeka v modeloch hlodavcov. Podobne, lieky, ktoré sa zameriavajú na systém renín-angiotenzín (ACE inhibítory, blokátory receptorov angiotenzínu) preukázali antifibrotické účinky v pankrease, pravdepodobne znížením oxidačného stresu a zápalu.

Pyridoxamín, analóg vitamínu B6, inhibuje tvorbu pokročilých glykačných konečných produktov (AGE) a dokázalo sa, že znižuje fibrózu ostrovčeka u diabetických potkanov. Ďalšie malé molekuly, ktoré sú predmetom skúmania, zahŕňajú inhibítory kanonickej dráhy Wnt/β-katenínu, ktorá je hyperaktívna v fibrotických tkanivách, a antagonistov chemokínového receptora CCR2/CCR5, ktoré blokujú nasadenie monocytov do pankreasu.

Niektoré z týchto liekov vstúpili do ranej fázy klinických skúšok pre idiopatickú pľúcnu fibrózu alebo cirhózu pečene, a ich bezpečnostné profily sú stanovené. Prenesenie do pankreasu bude vyžadovať starostlivé dávkovanie a stratégie pôrodu, aby sa zabránilo mimocieľové účinky.

Geneoterapia a Gene Editing

Pokroky v génovej terapii ponúkajú možnosť dlhodobej supresie fibrotických génov alebo nadmernej expresie ochranných faktorov. Vektory vírusu spojeného s AEN (Adeno-Asociated virus - AAV) sú obzvlášť atraktívne, pretože môžu transdukovať pankreatické bunky s vysokou účinnosťou a nízkou imunogenicitou. V zvieracích modeloch, AAV-sprostredkované podávanie mikro-RNA cielenie TGF-β1 (miR-29b) znižuje ukladanie kolagénu a zlepšuje funkciu ostrovčeka po transplantácii. Podobne, nadmerná expresia antifibrotického cytokínu IL-10 alebo matricovo-degradujúceho enzýmu MMP-1 prostredníctvom AAV ukázala prínos pri zvrátení zavedenej fibrózy.

V rámci štúdie CRISPR-Cas9 sa skúma úprava génov, aby sa priamo vyradili profibrotické gény v PSC alebo inžinierskych beta bunkách, ktoré sú odolné voči fibrotickému signálu. Jedna štúdia CRISPR používala ako dôkaz konceptu na narušenie TCGBR1 génu v ľudských pluripotentných kmeňových bunkách odvodených z beta buniek, čím sa stali necitlivými na TGF-β a zachovala sekrécia inzulínu pri transplantácii do fibrotického prostredia. Zatiaľ čo klinické aplikácie zostávajú od seba, prístup je veľkým prísľubom vytvorenia beta buniek, ktoré sú chránené pred imúnnymi a rezistentnými voči chrupaniu.

Výzvy pre génovú terapiu zahŕňajú dosiahnutie trvalej expresie bez tlmenia, vyhýbanie sa vsunutiu mutagénnosti a poskytovanie editačných strojov špecificky cieľovým bunkám v pankrease. Dodávka zložiek CRISPR na základe nanočastíc a sérotypov AAV špecifických pre tkanivo sú aktívne oblasti výskumu.

Terapie kmeňových buniek a preprogramovanie buniek

Stratégie založené na kmeňových bunkách majú nielen nahradiť stratené beta bunky, ale aj modulovať fibrotické prostredie. Mesenchymálne kmeňové bunky (MSC) odvodené z kostnej drene, tukového tkaniva alebo pupočnej šnúry vylučujú celý rad protizápalových a antifibrotických faktorov vrátane IL-10, rastového faktora hepatocytov (HGF) a prostaglandínu E2. Spolutransplantácia MSC s ostrovčekmi znižuje peri-islačnú fibrózu v predklinických modeloch, čiastočne podporou polarizácie makrofágov proti zápalovému M2 fenotypu. Klinické štúdie sú v súčasnosti v štádiu hodnotenia transplantácie pomocou MSC-asistentov u pacientov s diabetom 1. typu.

Indukované pluripotentné kmeňové bunky (iPSC) ponúkajú potenciál vytvárať beta bunky špecifické pre pacienta. Ak sú však tieto bunky transplantované, môžu stále vyvolať fibrotické odpovede. Výskumníci inžinieri IPSC- derivované beta bunky na expresiu protizápalových molekúl alebo nedostatok receptorov pre profibrotické cytokíny. Ďalším prístupom je rozlišovať iPSCs do pankreatických progenitorových buniek, ktoré sú spolutransplantované endotelovými bunkami na podporu revaskularizácie a zníženie fibrotickej hypoxie.

V inej žile vedci skúmajú priame preprogramovanie pankreatických acinárnych buniek do beta buniek in situ. Acinarové bunky sú bohaté a môžu sa premeniť pomocou koktailu transkripčných faktorov (Pdx1, Ngn3, Mafa). Tento proces môže úplne obísť potrebu transplantácie, ale riziko vyvolania fibrózy na preprogramovacom mieste sa musí starostlivo riadiť.

Biomateriálne a rozptylové prístupy

Inžiniering fyzické prostredie štepov ostrovčekov je rýchlo sa vyvíjajúca stratégia na prevenciu fibrotického zapuzdrenia. Zapuzdrením ostrovčekov v imunoprotektívnych biokompatibilných materiáloch ich výskumníci môžu chrániť pred zápalovými bunkami hostiteľa a infiltráciou PSC. Hydrogély zložené z kyseliny alginátovej, hyalurónovej alebo polyetylénglykolu (PEG) sa môžu upraviť tak, aby sa lokálne uvoľňovali antifibrotikum alebo aby sa mohli prezentovať ECM-mimetické signály, ktoré podporujú prežitie beta-buniek.

Jednou z významných inovácií je používanie variantov triazol-tiomorfolínium-oxidu alginátu, ktoré výrazne znižujú reakciu cudzieho tela primátov. Keď sú ostrovčeky zapuzdrené v týchto materiáloch a implantované do podkožia, udržiavajú sekréciu inzulínu mesiace s minimálnym fibrotickým prerastaním. Podobne aj mikroporózne lešenia zasadené ostrovčekmi a rastovými faktormi môžu pomôcť vytvoriť cievnu sieť, čím sa zníži chronická hypoxia, ktorá brzdí fibrózu.

Kombinácia biomateriálov s bunkovou terapiou ponúka spôsob, ako presne kontrolovať miestne prostredie. Napríklad, chromozómový hydrogél, ktorý uvoľňuje inhibítor TGF-β v reakcii na aktivitu matrix metaloproteinázy (ktorý je zvýšený v fibrotických tkanivách) by mohol poskytnúť na požiadanie terapiu. Práca v tejto oblasti postupuje rýchlo, a niekoľko zapuzdrených ostrovčekových produktov sú v alebo sa blíži klinické skúšky.

Zameriavam zápal a imunitnú moduláciu

Vzhľadom na to, že fibróza je často konečným štádiom chronického zápalu, protizápalové terapie môžu nepriamo znížiť tvorbu jaziev. Kortikosteroidy, hoci sú účinné, majú priveľa vedľajších účinkov na dlhodobé užívanie. Selektívnejšie prístupy zahŕňajú blokovanie dráhy IL-1β (napr. anakinra) alebo TNF-α (napr. etanercept). Pri klinickej transplantácii ostrovčeka sa ukázalo, že včasná liečba inhibítormi TNF-α zlepšuje podiel pacientov, ktorí dosiahli nezávislosť inzulínu, pravdepodobne zmiernením zápalového prasknutia, ktoré vedie k fibrotickému zapuzdreniu.

Ďalším sľubným cieľom je NLRP3 inflammazóm, ktorý riadi uvoľňovanie IL-1β a IL-18. Inhibítory malých molekúl NLRP3 (napr. MCC950) znížili fibrózu ostrovčekov v modeloch myší. Okrem toho lieky, ktoré podporujú imunitnú toleranciu IL-2, ako sú nízke dávky, ktoré rozširujú regulačné T bunky, môžu pomôcť potlačiť autoimunitné alebo aloreaktívne reakcie, ktoré vyvolávajú fibrózu.

Práca je tiež v plnom prúde, aby sa využilo telo a vlastné mechanizmy riešenia. Špecializované pro-resolving lipidových mediátorov (SPMs) ako riešenie a ochrana môže aktívne tlmiť zápal a podporovať tkanivo opravy bez zhoršenia obrany hostiteľa. V nedávnej štúdii, riešenie E1 zníženej PSC aktiváciu a zlepšenie funkcie ostrovčeka v modeli myši pankreatitídy. Tieto prírodné zlúčeniny by mohli ponúknuť bezpečnejšiu alternatívu k širokej imunosupresie.

Výzvy na ceste k klinickému prekladu

Napriek sľubu týchto stratégií, významné prekážky zostávajú. Po prvé, pankreas je ťažké orgán zamerať sa je hlboko v bruchu, má komplexný cievnej siete, a je zložený z oboch exokrinné a endokrinné tkanivo. Dodávanie terapie selektívne ostrovčeky bez ovplyvnenia acinar bunky (ktoré by sa mohli stať fibrotické sami) vyžaduje sofistikované cielenie ligandov alebo miestnych techník vstrekovania.

Po druhé, mnohé antifibrotické lieky majú úzke terapeutické okno. Systémová inhibícia TGF-β môže spôsobiť závažné vedľajšie účinky, zatiaľ čo miestne dodávky nemusia dosiahnuť všetky fibrotické oblasti. Výskumníci vyvíjajú pokročilé nosiče drog chromozómy, polymérne nanočastice, exozómy, ktoré môžu domov do pankreasu alebo byť aktivované enzýmami špecifickými pre chorobu.

Po tretie, fibróza je dynamický proces. V čase, keď je jazva tkaniva klinicky detekovateľné, môže to byť niekoľko rokov a čiastočne ireverzibilné. Skoré biomarkery islet fibrózy sú potrebné na identifikáciu pacientov v ohrození a sledovanie odpovede na liečbu. Neinvazívne zobrazovacie metódy, ako MRI s fibrózovo-špecifické kontrastné látky alebo elastografia na meranie stuhnutosti tkaniva, sú predmetom skúmania.

Po štvrté, heterogénnosť diabetu znamená, že nie všetci pacienti budú reagovať na rovnaký anti-fibrotický prístup. Fibrosis v diabetes 1. typu je poháňaný prevažne autoimunitný zápal, zatiaľ čo v 2. typu je spojená s metabolickým syndrómom a miestne langer amyloid vklady. Personalizované terapia chápaná genetickými rizikovými faktormi, imunitnými profilmi a zobrazovaním bude nevyhnutné pre úspech.

Nakoniec, väčšina predklinické práce bola vykonaná na hlodavcových modeloch, ktoré nie sú úplne zachytiť ľudskej ostrovček biológie alebo chronickej povahy fibrotických chorôb. Veľké štúdie na zvieratách a ľudské organoidné systémy začínajú preklenúť túto medzeru, ale prechod na klinické skúšky je pomalý a drahý.

Budúce smerovania a výhľad

Pohľad dopredu, pole je pravdepodobné, že sa presunie smerom k kombinovanej terapie, ktoré napádajú fibrózu z viacerých uhlov súčasne. Jediný pacient môže dostať protizápalový liek na tlmenie počiatočného spúšťača, génová terapia blokovať PSC aktiváciu, a zapuzdrené ostrovčekov štep poskytnúť povoľné prostredie

Do arény vstupujú aj umelá inteligencia a strojové učenie. Analyzovaním transkripčných údajov z fibrotických a zdravých ostrovčekov môžu algoritmy identifikovať nové ciele alebo predpovedať, ktoré pacienti budú mať z danej liečby najpravdepodobnejšie úžitok. Napríklad modely hlbokého učenia odhalili úlohu transkripčného faktora FOXM1 v proliferácii hviezdnych buniek, čo vedie k novým terapeutickým hypotézam.

Zbližovanie regeneračnej medicíny, imunoinžinierstvo a materiálová veda urýchľuje pokrok. Čoskoro môžeme vidieť klinicky kvalitné produkty, ako sú chelfové beta bunky odvodené z kmeňových buniek, ktoré sú zapuzdrené v nefibrotických hydrogéloch pripravených na implantáciu bez imunosupresie. Takýto produkt by transformoval liečbu cukrovky, čím by sa odstránila potreba opakovaných injekcií a monitorovania glukózy.

Na ochranu pankreasu v rodnom prostredí by sa antifibrotikum mohlo podávať na začiatku liečby chronickou pankreatitídou alebo novodiagnostikovaným pacientom s diabetes mellitus 1. typu, aby sa zabránilo sekundárnej fibróze, ktorá zhoršuje stratu beta buniek.

Záver

Islet cell fibróza je impozantná bariéra k účinnej liečbe cukrovky, ale to nie je neprekonateľný. Nová generácia cielené intervencie

Externé zdroje: