Generarea de celule β-pancreatice prin conversia spontană a celulelor α la șoareci
Departamentul de Fiziologie și Metabolism Celular, Facultatea de Medicină, Universitatea din Geneva, 1, rue Michel-Servet, CH 1211 Geneva-4, Elveția
Funcțiile endocrine și exocrine ale pancreasului
Pancreasul este o glandă care îndeplinește două funcții metabolice importante. Prima este producerea, de către celulele acinare pancreatice, a enzimelor digestive necesare descompunerii alimentelor. Aceste enzime sunt excretate și livrate printr-o rețea de canale către intestin, unde alimentele sunt digerate și absorbite. Celulele acinare și ductale alcătuiesc partea exocrină a pancreasului și reprezintă aproximativ 99% din toate celulele din acest organ.
A doua funcție a pancreasului este sinteza hormonilor responsabili de reglarea utilizării zahărului din digestia alimentelor și, prin urmare, de controlul nivelului de zahăr din sânge (nivelul zahărului din sânge). Această reglementare face posibilă contrabalansarea episoadelor de hiperglicemie după consumul de alimente și creșterea glicemiei în urma postului. Producția de hormoni este gestionată de partea endocrină a pancreasului, care este organizată în grupuri de celule numite insulele Langerhans. Acestea reprezintă doar 1% din greutatea organului. Celulele α, β, δ și PP sintetizează, respectiv, glucagon, insulină, somatostatină și polipeptidă pancreatică. Ele constituie diferitele tipuri de celule endocrine mature ale insulelor pancreatice adulte [1].
Nevoia de noi abordări terapeutice antidiabetice
Β celulele au o mare longevitate și, prin urmare, proliferează puțin în timpul vieții unui individ. În circumstanțele în care cererea de insulină este crescută, cum ar fi în obezitate sau în timpul sarcinii, dimensiunea și numărul celulelor β pot crește, respectiv prin intermediul creșterea producției de insulină și stimularea diviziunii celulare. O deficiență a celulelor β sau incapacitatea acestor celule de a produce suficientă insulină duce la o creștere susținută a nivelului de zahăr din sânge, rezultând o producție ridicată de urină, adică diabet. În diabetul de tip 1, o boală autoimună care este cea mai frecventă formă a bolii la copii, celulele β sunt complet eliminate de sistemul imunitar. Prin urmare, acești pacienți trebuie să primească zilnic injecții cu insulină pentru întreaga lor viață. Cu toate acestea, această strategie terapeutică nu permite controlul precis al nivelului zahărului din sânge și nu previne efectele nocive asupra vaselor de sânge care pot duce la insuficiență renală, orbire sau gangrenă. Aceste complicații justifică dezvoltarea de noi tratamente mai adecvate, inclusiv abordări inovatoare ale medicinei regenerative.
În acest context, laboratorul nostru a căutat de mulți ani să exploreze dacă pancreasul adult are capacitatea intrinsecă de a genera noi celule β după pierderea totală a acestora, adică într-o situație similară cu cea a diabetului de tip 1. Acest lucru ar fi necesar implică faptul că formarea acestor noi celule trece prin alte mecanisme decât proliferarea celulelor β în sine. Pentru a explora această ipoteză, am produs un șoarece transgenic în care putem induce eliminarea selectivă a aproape tuturor celulelor β, dar în absența proceselor autoimune. În acest fel, am putut studia regenerarea celulelor endocrine deoarece, dacă noile celule producătoare de insulină s-ar diferenția, acestea nu ar fi distruse de sistemul imunitar [2].
Un nou model animal de diabet de tip 1
Diverse modele experimentale de diabet de tip 1 la rozătoare au arătat că o reducere mare (50% -80%) a numărului de celule secretoare de insulină induce o creștere a ratei proliferării persistente a celulelor β [3]. Pentru a determina dacă pancreasul este capabil să genereze noi celule secretoare de insulină atunci când sunt complet distruse, și asta dintr-o altă sursă celulară (non-β), am dezvoltat un nou model de șoarece diabetic în care mai mult de 99% din Celulele β pot fi eliminate [2]. Acest lucru a fost posibil prin expresia transgenică a receptorului uman de toxină difterică (DTR) de pe suprafața celulelor β. În timp ce administrarea toxinei difterice (DT) nu are niciun efect asupra șoarecilor normali, deoarece aceștia nu au receptorul DTR (șoareci DTR), induce moartea aproape tuturor celulelor β prezente la șoarecii transgenici (DTR +). Șoarecii DTR + tratați cu DT devin rapid hiperglicemici, dezvoltă toate simptomele diabetului și mor repede dacă nu sunt tratați cu insulină.
Mecanisme de regenerare a celulelor β
Ca răspuns la eliminarea a aproape toate celulele β, am constatat că noile celule producătoare de insulină au apărut treptat în insulele șoarecilor DTR.+ (Figura 1A). În mod surprinzător, unele dintre aceste celule conțineau simultan insulină și glucagon. Astfel de celule „hibride” sau bi-hormonale nu sunt observate niciodată în pancreasul adult sănătos. Mai mult, în toți acești șoareci DTR + care au făcut diabet, s-a observat o îmbunătățire a controlului glicemic după câteva luni, simultan cu capacitatea celulelor de a restabili insulina. De fapt, toți șoarecii DTR + au prezentat semne clare de regenerare celulară. Astfel, pancreasul adult are capacitatea de a genera noi celule de insulină după dispariția completă a acestor celule.
Un nou model de șoarece de diabet Tipul 1. Șoarecii transgenici exprimă receptorul toxinei difterice pe suprafața celulelor β (transgen sub controlul promotorului insulinei). LA. Exprimarea DTR pe suprafața celulelor β le face sensibile la toxina difterică (DT). Când șoarecele este tratat cu DT, toate celulele β mor. Șoarecii diabetici păstrați în viață prin tratamentul cu insulină regenerează celule β noi. . Marcarea celulelor β preexistente înainte de ablația celulară arată că celulele de insulină nou formate nu derivă din expansiunea celulelor β foarte rare care au scăpat de DT. VS. Marcarea celulelor α care exprimă glucagon înainte de ablație relevă, pe de altă parte, că majoritatea celulelor β noi sunt derivate din celule α (adaptate din http://www.betacell.org).