Трансплантация «суперостровков Лангерганса» лечит диабет

Диабет первого типа вызван неспособностью организма вырабатывать гормон инсулин, необходимый для регулирования углеводного обмена и других важных метаболических процессов (в отличие от диабета второго типа, когда инсулин вырабатывается, но недостаточно эффективен). В норме инсулин продуцируют эндокринные бета-клетки поджелудочной железы, скопления этих клеток образуют так называемые островки Лангерганса. При пересадке кластеров функциональных бета-клеток пациенту, болеющему диабетом, довольно много клеток гибнет. Происходит это в основном из-за плохой васкуляризации (недостаточном росте сосудов) в пересаженной ткани, а также из-за локального воспаления и отторжения трансплантата. Кроме того, бета-клетки плохо переносят гипоксию, с которой им приходится сталкиваться на начальных этапах трансплантации.

Коллектив исследователей из Австралии, Грузии, Италии, Франции и Швейцарии разработал новую методику трансплантации бета-клеток и проверил ее в экспериментах на мышах. Результаты работы опубликованы в журнале Nature Communications.

Новаторским шагом былa трансплантация органоида, состоящего из клеток нескольких типов — эндокринных бета-клеток и клеток амниотического эпителия (КАЭ). Известно, что КАЭ секретируют противовоспалительные факторы роста, а также факторы роста, стимулирующие образование новых кровеносных сосудов, например ангиогенин (ANG), фактор роста эндотелия сосудов (VEGF) и другие.

«Первый шаг с любым трансплантатом — снижение иммунитета реципиента, чтобы ограничить риск отторжения, — говорит руководитель работы Екатерина Беришвили (Женевский университет, Государственный университет Ильи в Тбилиси). — Амниотические эпителиальные клетки обладают уникальной характеристикой защиты плода, который также «не-свой», от атак иммунной системы его матери. Мы полагаем, что тот же механизм работает для защиты трансплантатов».

Для получения многоклеточных органоидов для трансплантации (исследователи назвали эти органоиды «суперостровками Лангерганса»), бета-клетки и КАЭ сначала растили как отдельные клеточные культуры, затем смешивали их и культивировали в микроплашке на агарозном 3D-матриксе.

Oрганоиды хорошо приживались после трансплантации и продуцировали больше инсулина по сравнению с бета-клетками, пересаженными по старой методике. Для сравнения уровней мРНК инсулина в культивируемых бета-клетках и в смешанной культуре КАЭ и бета-клеток использовали количественную ПЦР в реальном времени с обратной транскрипцией. Также ученые измеряли продукцию инсулина в ответ на стимуляцию глюкозой и обнаружили, что органоиды из двух типов клеток продуцируют больше инсулина, нежели монокультура бета-клеток. В ответ на гипоксию в органоидах нового типа значительно сильнее возрастал уровень транскрипционного фактора HIF-1α, регулирующего клеточный ответ на гипоксию (см. о нем в рассказе о Нобелевской премии по физиологии или медицине 2019 года) и в меньшей степени активировались каспазы апоптотического пути клеточной гибели.

Наконец, органоиды трансплантировали мышам с диабетом. Через месяц после трансплантации нормогликемия восстановилась у 96% мышей в группе, получившей органоиды из бета-клеток и КАЭ, и всего у 16% мышей, которым имплантировали монокультуру бета-клеток.

Следующим шагом должна быть проверка этого метода на людях и, если эффективность метода подтвердится в клинических испытаниях — внедрение в медицинскую практику.