Mais il pourrait y avoir une autre option personnalisée à l'horizon, selon Xiaojun "Lance" Lian, professeur agrégé de génie biomédical et de biologie à Penn State. Pour la première fois, Lian et son équipe ont converti des cellules souches humaines en cellules bêta capables de produire de l'insuline en utilisant uniquement de petites molécules en laboratoire, rendant le processus plus efficace et plus rentable.

Les cellules souches peuvent devenir d'autres types de cellules grâce à des signaux dans leur environnement, et certaines cellules matures peuvent redevenir des cellules souches - pluripotence induite. Les chercheurs ont découvert que leur approche fonctionnait pour les cellules souches embryonnaires humaines et pluripotentes induites, toutes deux dérivées de lignées de cellules souches approuvées par le gouvernement fédéral. Selon Lian, l'efficacité de leur approche pourrait réduire ou éliminer le besoin de cellules souches embryonnaires humaines dans les travaux futurs. Ils ont publié leurs résultats aujourd'hui (26 août) dans Rapports sur les cellules souches.

"Le diabète est une maladie grave aux États-Unis et dans le monde", a déclaré Lian. « Les propres cellules immunitaires du patient tuent leur capacité à produire de l'insuline et à réguler leur taux de glucose. Nous pensions que les cellules souches pourraient potentiellement résoudre le problème et permettre à une personne de réguler à nouveau ses niveaux d'insuline et de glucose de manière appropriée.

Les cellules souches peuvent devenir n'importe quel type de cellule en raison des conditions environnementales ou des interférences de laboratoire. L'astuce, a déclaré Lian, consiste à déterminer les conditions précises pour amener une cellule souche à devenir une version fonctionnelle du type de cellule souhaité.

"Si nous pouvions convertir les cellules souches en cellules bêta pancréatiques et les retransférer au patient, il serait peut-être possible de guérir le diabète", a déclaré Lian. « C'est une question difficile. Les scientifiques tentent de trouver la solution depuis plus de 20 ans. Notre laboratoire a réalisé que nous devions adopter une approche différente.

Dans des tentatives précédentes, selon Lian, les chercheurs ont utilisé des facteurs de croissance, ou des groupes de protéines, pour manipuler les cellules souches en divers types de cellules. Cependant, les facteurs de croissance sont coûteux et instables, ce qui entraîne un processus de fabrication coûteux et inefficace.

"En 2012, notre équipe a découvert un tout nouveau médiateur moléculaire qui pourrait différencier les cellules souches au stade mésoderme ou endoderme, qui sont des points de développement sur la voie des cellules matures", a déclaré Lian, notant que le processus utilisait plutôt de petites molécules organiques. que les grands facteurs de croissance. "Ces petites molécules sont beaucoup moins chères et beaucoup plus stables que les facteurs de croissance, et nous pourrions encore émuler l'effet des facteurs de croissance pour différencier les cellules souches à un stade intermédiaire."

Les petites molécules comprennent un composé chimique appelé CHIR99021 (CHIR) et activent la voie de signalisation appelée Wnt, qui dirige la cellule vers l'un des types intermédiaires. Lorsque Wnt est complètement activé, la cellule devient un mésoderme et, éventuellement, une cellule cardiaque mature. Mais une dose plus faible de CHIR n'active que partiellement la voie Wnt, ce qui donne une cellule endodermique qui peut être amenée à devenir une cellule bêta pancréatique mature ou une cellule hépatique.

"Personne d'autre n'a découvert cela parce que vous devez optimiser précisément et soigneusement la concentration de CHIR", a déclaré le premier auteur Yuqian Jiang, étudiant au doctorat en génie biomédical dans le laboratoire de Lian. «Nous savons que le CHIR est important pour la différenciation des cellules souches, mais d'autres pourraient tester une seule concentration hors cible de ce produit chimique et penser que cela ne fonctionne pas du tout. Nous avons testé toutes les concentrations possibles et avons trouvé celle qui est précise pour différencier les cellules souches en cellules d'endoderme.

Les chercheurs ont dosé les cellules avec des concentrations croissantes de CHIR. Ils ont découvert que la dose la plus faible n'était pas suffisante pour convertir les cellules, tandis que les doses les plus élevées tuaient entièrement les cellules. Aux deuxième et troisième doses les plus faibles, jusqu'à 87 % des cellules souches sont devenues des cellules endodermiques qui pourraient être davantage guidées pour devenir des cellules bêta pancréatiques.

"La différenciation des cellules bêta prend environ un mois, avec l'ajout de différents cocktails chimiques établis par des recherches antérieures à différentes étapes", a déclaré Jiang. « Mais les protocoles précédents utilisaient des facteurs de croissance pour faire progresser les cellules souches en cellules endodermiques. Notre protocole élimine ce besoin, économisant le coût tout en fabriquant un bon nombre de cellules.

Les chercheurs ont également testé les cellules bêta pancréatiques développées avec du glucose. Les cellules ont produit de l'insuline en fonction du glucose présent dans leur environnement, démontrant leur fonctionnalité, a déclaré Lian. Pour empêcher le corps des patients de tuer ces cellules - le problème initial des personnes atteintes de diabète de type 1 - les chercheurs prévoient d'encapsuler les cellules bêta dérivées de cellules souches modifiées avec des polymères biomatériaux avant de les transplanter. Selon Lian, cela protégerait les cellules tout en leur permettant de détecter leur environnement et de produire des niveaux appropriés d'insuline.

"Notre approche nous permet d'utiliser le même produit chimique à faible coût à différentes doses pour générer différents types de cellules intermédiaires, dont l'une peut devenir des cellules bêta pancréatiques", a déclaré Lian. « Nous travaillons maintenant à optimiser cette approche et à la faire passer aux essais cliniques, mais nous avons fait le travail acharné pour réduire considérablement le coût. La thérapie cellulaire est incroyable, mais tout le monde ne peut pas se le permettre. Notre objectif est de le rendre accessible à tous ceux qui en ont besoin.

Lian est également affilié à l'Institut Huck des sciences de la vie.

"Quand j'ai entendu Lance parler pour la première fois de ce qu'il essayait de faire, j'ai été étonné de son audace", a déclaré Andrew Read, directeur des Huck Institutes of the Life Sciences. « Son travail incarne le genre de science qui vise à changer complètement la donne. Je suis vraiment heureux qu'il ait franchi cette étape importante.

Parmi les autres contributeurs figurent les membres du laboratoire de Lian, Chuanxin Chen, qui a obtenu son diplôme en 2018 et travaille maintenant au laboratoire Bioland en Chine, et Lauren N. Randolph, chercheuse postdoctorale au Département de génie biomédical et aux Instituts Huck des sciences de la vie. Xin Zhang et Songtao Ye, du département de chimie du Eberly College of Science ; et Xiaoping Bao, de la Davidson School of Chemical Engineering de l'Université Purdue, ont également contribué.

Le National Institute of Biomedical Imaging and Bioengineering des National Institutes of Health, la National Science Foundation et Penn State ont soutenu ce travail.

Source de l'histoire:

Matériaux fourni par Penn State. Original écrit par Ashley J. WennersHerron. Remarque: Le contenu peut être modifié pour le style et la longueur.

Référence du journal:

1. Yuqian Jiang, Chuanxin Chen, Lauren N. Randolph, Songtao Ye, Xin Zhang, Xiaoping Bao, Xiaojun Lance Lian. Génération de progéniteurs pancréatiques à partir de cellules souches pluripotentes humaines par de petites molécules. Rapports sur les cellules souches, 2021; DOI: 10.1016 / j.stemcr.2021.07.021