يستخدم الباحثون الخلايا الجذعية لصنع خلايا بيتا في البنكرياس منتجة للأنسولين
التاريخ: أغسطس 26 ، 2021
المصدر: ولاية بنسلفانيا
الملخص: يمكن أن يميل جسم الإنسان وراثيًا لمهاجمة خلاياه ، مما يؤدي إلى تدمير خلايا بيتا في البنكرياس التي تصنع الأنسولين ، مما يساعد على تحويل السكر إلى طاقة. يمكن أن يحدث هذا الاضطراب ، الذي يُطلق عليه مرض السكري من النوع الأول ، في أي عمر ويمكن أن يكون قاتلًا إذا لم يتم التعامل معه بعناية باستخدام حقن الأنسولين أو مضخة الأنسولين لتحقيق التوازن بين مستويات السكر في الجسم.
يمكن أن يميل جسم الإنسان وراثيًا إلى مهاجمة خلاياه ، مما يؤدي إلى تدمير خلايا بيتا في البنكرياس التي تصنع الأنسولين ، مما يساعد على تحويل السكر إلى طاقة. يمكن أن يحدث هذا الاضطراب ، الذي يُطلق عليه مرض السكري من النوع الأول ، في أي عمر ويمكن أن يكون قاتلًا إذا لم يتم التعامل معه بعناية باستخدام حقن الأنسولين أو مضخة الأنسولين لتحقيق التوازن بين مستويات السكر في الجسم.
ولكن قد يكون هناك خيار شخصي آخر في الأفق ، وفقًا لـ Xiaojun “Lance” Lian ، الأستاذ المشارك في الهندسة الطبية الحيوية وعلم الأحياء في ولاية بنسلفانيا. لأول مرة ، قام ليان وفريقه بتحويل الخلايا الجذعية البشرية إلى خلايا بيتا قادرة على إنتاج الأنسولين باستخدام جزيئات صغيرة فقط في المختبر ، مما يجعل العملية أكثر كفاءة وفعالية من حيث التكلفة.
يمكن أن تصبح الخلايا الجذعية أنواعًا أخرى من الخلايا من خلال الإشارات الموجودة في بيئتها ، ويمكن لبعض الخلايا الناضجة أن تعود إلى الخلايا الجذعية - التي يسببها تعدد القدرات. وجد الباحثون أن نهجهم يعمل مع الخلايا الجذعية الجنينية والمستحثة البشرية ، وكلاهما مشتق من سلالات الخلايا الجذعية المعتمدة اتحاديًا. وفقًا ليان ، فإن فعالية نهجهم يمكن أن تقلل أو تلغي الحاجة إلى الخلايا الجذعية الجنينية البشرية في العمل المستقبلي ، وقد نشروا نتائجهم اليوم (26 أغسطس) في تقارير الخلايا الجذعية.
قال ليان: "مرض السكري مرض خطير في الولايات المتحدة وحول العالم". "الخلايا المناعية للمريض تقتل قدرتها على إنتاج الأنسولين وتنظيم مستويات الجلوكوز لديهم. كنا نظن أن الخلايا الجذعية يمكن أن تحل المشكلة وتسمح للشخص بتنظيم مستويات الأنسولين والجلوكوز بشكل مناسب مرة أخرى ".
يمكن أن تصبح الخلايا الجذعية أي نوع من الخلايا من خلال الظروف البيئية أو التدخل المختبري. قال ليان إن الحيلة تكمن في معرفة الظروف الدقيقة للتأثير على الخلية الجذعية لتصبح نسخة عاملة من نوع الخلية المرغوب.
قال ليان: "إذا تمكنا من تحويل الخلايا الجذعية إلى خلايا بيتا في البنكرياس وإعادة نقلها إلى المريض ، فقد يكون من الممكن علاج مرض السكري". إنه سؤال صعب. يحاول العلماء إيجاد الحل لأكثر من 20 عامًا. أدرك مختبرنا أنه يتعين علينا اتباع نهج مختلف ".
في المحاولات السابقة ، وفقًا ليان ، استخدم الباحثون عوامل النمو ، أو مجموعات البروتينات ، لمعالجة الخلايا الجذعية في أنواع مختلفة من الخلايا. ومع ذلك ، فإن عوامل النمو باهظة الثمن وغير مستقرة ، مما يؤدي إلى عملية تصنيع مكلفة وغير فعالة.
قال ليان: "في عام 2012 ، اكتشف فريقنا وسيطًا جزيئيًا جديدًا تمامًا يمكنه التفريق بين الخلايا الجذعية والأديم المتوسط أو مرحلة الأديم الباطن ، وهي نقاط تطور في الطريق إلى نضوج الخلايا" ، مشيرًا إلى أن العملية استخدمت جزيئات عضوية صغيرة بدلاً من ذلك. من عوامل النمو الأكبر. "هذه الجزيئات الصغيرة أرخص بكثير وأكثر استقرارًا بكثير من عوامل النمو ، ولا يزال بإمكاننا محاكاة تأثير عوامل النمو لتمييز الخلايا الجذعية إلى مرحلة وسيطة."
تتكون الجزيئات الصغيرة من مركب كيميائي يسمى CHIR99021 (CHIR) وتنشط مسار الإشارة المسمى Wnt ، والذي يوجه الخلية إلى أحد الأنواع الوسيطة. عندما يتم تنشيط Wnt بالكامل ، تصبح الخلية أديم متوسط ، وفي النهاية ، خلية قلب ناضجة. لكن جرعة أصغر من CHIR تنشط جزئيًا فقط مسار Wnt ، مما ينتج عنه خلية أديم باطن يمكن إقناعها في خلية بيتا أو خلية كبدية بنكرياسية ناضجة.
قال المؤلف الأول يوتشيان جيانغ ، طالب دكتوراه في الهندسة الطبية الحيوية في مختبر ليان: "لم يكتشف أي شخص آخر هذا لأنه يتعين عليك تحسين تركيز CHIR بدقة وبعناية". "نحن نعلم أن CHIR مهم لتمايز الخلايا الجذعية ، لكن البعض الآخر قد يختبر فقط تركيزًا واحدًا بعيدًا عن الهدف لهذه المادة الكيميائية ويعتقدون أنه لا يعمل على الإطلاق. اختبرنا جميع التركيزات الممكنة ووجدنا التركيز الدقيق لتمييز الخلايا الجذعية إلى خلايا الأديم الباطن ".
قام الباحثون بجرعات الخلايا بتركيزات متزايدة من CHIR. وجدوا أن أقل جرعة لا تكفي لتحويل الخلايا ، بينما الجرعات الأعلى تقتل الخلايا تمامًا. في الجرعتين الثانية والثالثة الأدنى ، أصبحت ما يصل إلى 87٪ من الخلايا الجذعية خلايا أديم باطن يمكن توجيهها بشكل أكبر لتصبح خلايا بيتا بنكرياسية.
قال جيانغ: "يستغرق تمايز خلايا بيتا حوالي شهر ، مع إضافة خليط كيميائي مختلف تم إنشاؤه بواسطة بحث سابق في خطوات مختلفة". لكن البروتوكولات السابقة استخدمت عوامل النمو لدفع الخلايا الجذعية إلى خلايا الأديم الباطن. يلغي بروتوكولنا هذه الحاجة ، ويوفر التكلفة مع الاستمرار في تكوين عدد كبير من الخلايا ".
اختبر الباحثون أيضًا خلايا بيتا البنكرياس المطورة بالجلوكوز. قال ليان إن الخلايا تنتج الأنسولين بناءً على الجلوكوز الموجود في بيئتها ، مما يدل على وظيفتها. لمنع أجسام المرضى من قتل هذه الخلايا - المشكلة الأولية للأشخاص المصابين بداء السكري من النوع الأول - يخطط الباحثون لتغليف خلايا بيتا المشتقة من الخلايا الجذعية المهندسة ببوليمرات المواد الحيوية قبل زرعها. وفقًا ليان ، فإن هذا من شأنه حماية الخلايا مع السماح لها بالاستشعار ببيئتها وصنع مستويات مناسبة من الأنسولين.
قال ليان: "يتيح لنا نهجنا استخدام نفس المادة الكيميائية منخفضة التكلفة بجرعات مختلفة لتوليد أنواع مختلفة من الخلايا الوسيطة ، يمكن أن يصبح أحدها خلايا بيتا البنكرياس". "نحن نعمل الآن على تحسين هذا النهج ونقله إلى التجارب السريرية ، لكننا قمنا بعمل شاق لخفض التكلفة بشكل كبير. العلاج الخلوي مذهل ، لكن لا يستطيع الجميع تحمله. هدفنا هو جعله متاحًا لكل من يحتاج إليه ".
ليان أيضًا تابع لمعهد هاك لعلوم الحياة.
قال أندرو ريد ، مدير معاهد هاك لعلوم الحياة: "عندما سمعت لأول مرة لانس يتحدث عما كان يحاول القيام به ، أدهشتني جرأته". "عمله يلخص نوع العلم الذي يهدف إلى تغيير اللعبة بالكامل. أنا سعيد حقًا لأنه حقق هذا الإنجاز الهام ".
ومن بين المساهمين الآخرين أعضاء مختبر Lian Chuanxin Chen ، الذين تخرجوا في 2018 وهو الآن مع مختبر Bioland في الصين ، و Lauren N. Randolph ، باحثة ما بعد الدكتوراه في قسم الهندسة الطبية الحيوية ومعاهد Huck لعلوم الحياة. شين زانغ وسونغتاو يي ، من قسم الكيمياء في كلية إبرلي للعلوم ؛ وساهم أيضًا Xiaoping Bao ، من مدرسة Davidson للهندسة الكيميائية بجامعة Purdue.
دعم المعهد الوطني للتصوير الطبي الحيوي والهندسة الحيوية التابع للمعاهد الوطنية للصحة والمؤسسة الوطنية للعلوم وولاية بنسلفانيا هذا العمل.
مصدر القصة:
المواد التي تقدمها ولاية بنسلفانيا. الأصل بقلم Ashley J. WennersHerron. ملاحظة: المحتوى يمكن أن تعدل لأسلوب وطول.
مرجع المجلة:
- يوتشيان جيانغ ، تشوان شين تشين ، لورين إن راندولف ، سونغتاو يي ، شين زانغ ، شياو بينغ باو ، شياو جون لانس ليان. توليد أسلاف البنكرياس من الخلايا الجذعية البشرية متعددة القدرات بواسطة جزيئات صغيرة. تقارير الخلايا الجذعية، 2021، DOI: 10.1016 / j.stemcr.2021.07.021
