แต่อาจมีตัวเลือกอื่นที่เป็นส่วนตัวบนขอบฟ้าตามที่ Xiaojun "Lance" Lian รองศาสตราจารย์ด้านวิศวกรรมชีวการแพทย์และชีววิทยาที่ Penn State กล่าว เป็นครั้งแรกที่ Lian และทีมของเขาได้แปลงสเต็มเซลล์ของมนุษย์ให้เป็นเซลล์เบต้าที่สามารถผลิตอินซูลินได้โดยใช้โมเลกุลขนาดเล็กในห้องปฏิบัติการเท่านั้น ทำให้กระบวนการนี้มีประสิทธิภาพและคุ้มทุนมากขึ้น

เซลล์ต้นกำเนิดสามารถกลายเป็นเซลล์ประเภทอื่นๆ ได้ผ่านสัญญาณในสภาพแวดล้อมของพวกมัน และเซลล์ที่โตเต็มที่บางเซลล์สามารถแปลงกลับเป็นเซลล์ต้นกำเนิดได้ ซึ่งก็คือ pluripotency ที่เหนี่ยวนำให้เกิด นักวิจัยพบว่าวิธีการของพวกเขาใช้ได้กับเซลล์ต้นกำเนิดจากตัวอ่อนของมนุษย์และกระตุ้นเซลล์ต้นกำเนิด pluripotent ซึ่งทั้งสองได้มาจากเซลล์ต้นกำเนิดที่ได้รับการอนุมัติจากรัฐบาลกลาง จากข้อมูลของ Lian ประสิทธิผลของวิธีการเหล่านี้สามารถลดหรือขจัดความจำเป็นในการใช้เซลล์ต้นกำเนิดจากตัวอ่อนของมนุษย์ในการทำงานในอนาคต พวกเขาได้เผยแพร่ผลงานของพวกเขาในวันนี้ (26 ส.ค.) ใน รายงานสเต็มเซลล์

“เบาหวานเป็นโรคร้ายแรงในสหรัฐอเมริกาและทั่วโลก” Lian กล่าว “เซลล์ภูมิคุ้มกันของผู้ป่วยเองจะทำลายความสามารถในการผลิตอินซูลินและควบคุมระดับน้ำตาลในเลือด เราคิดว่าสเต็มเซลล์สามารถแก้ปัญหานี้ได้และช่วยให้บุคคลสามารถควบคุมระดับอินซูลินและกลูโคสได้อย่างเหมาะสมอีกครั้ง”

เซลล์ต้นกำเนิดสามารถกลายเป็นเซลล์ชนิดใดก็ได้ผ่านสภาวะแวดล้อมหรือการรบกวนทางห้องปฏิบัติการ Lian กล่าวว่ากลอุบายคือการหาเงื่อนไขที่แม่นยำในการแกว่งสเต็มเซลล์ให้กลายเป็นรูปแบบการทำงานของเซลล์ที่ต้องการ

“ถ้าเราสามารถแปลงสเต็มเซลล์เป็นเซลล์เบต้าของตับอ่อนและส่งต่อกลับไปยังผู้ป่วย การรักษาโรคเบาหวานก็อาจเป็นไปได้” Lian กล่าว “มันเป็นคำถามที่ยาก นักวิทยาศาสตร์ได้พยายามค้นหาวิธีแก้ปัญหามานานกว่า 20 ปีแล้ว ห้องปฏิบัติการของเราตระหนักว่าเราต้องใช้แนวทางที่แตกต่างออกไป”

ในความพยายามครั้งก่อน ตามที่ Lian กล่าว นักวิจัยได้ใช้ปัจจัยการเจริญเติบโตหรือกลุ่มของโปรตีน เพื่อจัดการกับเซลล์ต้นกำเนิดให้เป็นเซลล์ประเภทต่างๆ อย่างไรก็ตาม ปัจจัยการเติบโตนั้นมีราคาแพงและไม่เสถียร ส่งผลให้กระบวนการผลิตมีค่าใช้จ่ายสูงและไม่มีประสิทธิภาพ

"ในปี 2012 ทีมงานของเราได้ค้นพบตัวกลางโมเลกุลใหม่อย่างสมบูรณ์ซึ่งสามารถแยกความแตกต่างของเซลล์ต้นกำเนิดไปยังระยะ mesoderm หรือ endoderm ซึ่งเป็นจุดของการพัฒนาไปสู่เซลล์ที่โตเต็มที่" Lian กล่าวโดยสังเกตว่ากระบวนการนี้ใช้โมเลกุลอินทรีย์ขนาดเล็กแทน กว่าปัจจัยการเติบโตที่ใหญ่กว่า "โมเลกุลขนาดเล็กเหล่านี้มีราคาถูกกว่าและมีเสถียรภาพมากกว่าปัจจัยการเจริญเติบโตมาก และเรายังคงสามารถเลียนแบบผลกระทบของปัจจัยการเจริญเติบโตเพื่อแยกความแตกต่างของเซลล์ต้นกำเนิดไปยังระยะกลาง"

โมเลกุลขนาดเล็กประกอบด้วยสารประกอบทางเคมีที่เรียกว่า CHIR99021 (CHIR) และกระตุ้นเส้นทางการส่งสัญญาณที่เรียกว่า Wnt ซึ่งนำเซลล์ไปสู่สารสื่อกลางชนิดใดชนิดหนึ่ง เมื่อ Wnt ถูกกระตุ้นอย่างสมบูรณ์ เซลล์จะกลายเป็น mesoderm และในที่สุดเซลล์หัวใจที่โตเต็มที่ แต่ปริมาณที่น้อยกว่าของ CHIR เพียงบางส่วนเปิดใช้งานทางเดิน Wnt ส่งผลให้เซลล์เอนโดเดิร์มสามารถเกลี้ยกล่อมให้กลายเป็นเซลล์เบต้าตับอ่อนหรือเซลล์ตับที่โตเต็มที่

"ไม่มีใครค้นพบสิ่งนี้เพราะคุณต้องเพิ่มประสิทธิภาพความเข้มข้นของ CHIR อย่างแม่นยำและรอบคอบ" Yuqian Jiang ผู้เขียนคนแรกซึ่งเป็นนักศึกษาปริญญาเอกด้านวิศวกรรมชีวการแพทย์ในห้องปฏิบัติการของ Lian กล่าว “เรารู้ว่า CHIR มีความสำคัญต่อการสร้างความแตกต่างของเซลล์ต้นกำเนิด แต่คนอื่นอาจทดสอบความเข้มข้นของสารเคมีนี้นอกเป้าหมายเพียงรายการเดียวและคิดว่ามันไม่ได้ผลเลย เราทดสอบความเข้มข้นที่เป็นไปได้ทั้งหมดและพบว่ามีความเข้มข้นเดียวในการแยกความแตกต่างของเซลล์ต้นกำเนิดออกเป็นเซลล์เอนโดเดิร์ม”

นักวิจัยได้ให้ยาเซลล์ที่มีความเข้มข้นของ CHIR เพิ่มขึ้น พวกเขาพบว่าขนาดยาต่ำสุดไม่เพียงพอที่จะเปลี่ยนเซลล์ ในขณะที่ปริมาณที่สูงกว่านั้นฆ่าเซลล์ทั้งหมด ในปริมาณที่น้อยที่สุดที่สองและสาม มากถึง 87% ของเซลล์ต้นกำเนิดกลายเป็นเซลล์เอนโดเดิร์มที่สามารถนำไปเพิ่มเติมให้กลายเป็นเซลล์เบต้าตับอ่อน

“การสร้างความแตกต่างของเซลล์เบต้าใช้เวลาประมาณหนึ่งเดือน ด้วยการเพิ่มสารเคมีค็อกเทลต่างๆ ที่สร้างขึ้นโดยการวิจัยครั้งก่อนในขั้นตอนที่ต่างกัน” เจียงกล่าว "แต่โปรโตคอลก่อนหน้านี้ใช้ปัจจัยการเจริญเติบโตเพื่อพัฒนาเซลล์ต้นกำเนิดไปสู่เซลล์เอนโดเดิร์ม โปรโตคอลของเราขจัดความจำเป็นดังกล่าว ประหยัดค่าใช้จ่ายในขณะที่ยังสร้างเซลล์จำนวนมากได้”

นักวิจัยยังได้ทดสอบเซลล์เบต้าตับอ่อนที่พัฒนาแล้วด้วยกลูโคส เซลล์ผลิตอินซูลินโดยพิจารณาจากกลูโคสที่มีอยู่ในสิ่งแวดล้อม ซึ่งแสดงให้เห็นการทำงานของเซลล์เหล่านี้ Lian กล่าว เพื่อไม่ให้ร่างกายของผู้ป่วยฆ่าเซลล์เหล่านี้ ซึ่งเป็นปัญหาเบื้องต้นสำหรับผู้ที่เป็นเบาหวานชนิดที่ 1 นักวิจัยวางแผนที่จะห่อหุ้มเซลล์เบต้าเซลล์ต้นกำเนิดที่ได้รับการออกแบบทางวิศวกรรมด้วยโพลิเมอร์จากวัสดุชีวภาพก่อนที่จะทำการย้ายปลูก ตามคำกล่าวของ Lian สิ่งนี้จะปกป้องเซลล์ในขณะที่ยังคงให้พวกมันสัมผัสสภาพแวดล้อมและสร้างอินซูลินในระดับที่เหมาะสม

Lian กล่าวว่า "แนวทางของเราทำให้เราสามารถใช้สารเคมีที่มีต้นทุนต่ำชนิดเดียวกันในปริมาณที่ต่างกันเพื่อสร้างเซลล์ระดับกลางที่แตกต่างกัน ซึ่งหนึ่งในนั้นสามารถกลายเป็นเซลล์เบต้าของตับอ่อนได้ “ขณะนี้ เรากำลังดำเนินการปรับปรุงแนวทางนี้และย้ายไปสู่การทดลองทางคลินิก แต่เราได้ทำงานอย่างหนักเพื่อลดต้นทุนลงอย่างมาก การบำบัดด้วยเซลล์นั้นน่าทึ่ง แต่ทุกคนไม่สามารถจ่ายได้ เป้าหมายของเราคือทำให้ทุกคนที่ต้องการใช้งานได้”

เหลียนยังสังกัดสถาบันวิทยาศาสตร์เพื่อชีวิต Huck

“ครั้งแรกที่ฉันได้ยินแลนซ์พูดถึงสิ่งที่เขาพยายามจะทำ ฉันรู้สึกทึ่งในความกล้าของเขา” แอนดรูว์ รีด ผู้อำนวยการสถาบัน Huck Institutes of Life Sciences กล่าว “งานของเขาเป็นตัวอย่างที่ดีของวิทยาศาสตร์ที่มีจุดมุ่งหมายเพื่อเปลี่ยนแปลงเกมโดยสิ้นเชิง ฉันยินดีเป็นอย่างยิ่งที่เขาบรรลุเป้าหมายสำคัญนี้”

ผู้ร่วมให้ข้อมูลคนอื่นๆ ได้แก่ สมาชิกห้องแล็บของเหลียน ชวนซิน เฉิน ซึ่งสำเร็จการศึกษาในปี 2018 และปัจจุบันอยู่ที่ห้องปฏิบัติการไบโอแลนด์ในประเทศจีน และลอเรน เอ็น. แรนดอล์ฟ นักวิชาการด้านดุษฎีบัณฑิตในภาควิชาวิศวกรรมชีวการแพทย์และสถาบัน Huck แห่งวิทยาศาสตร์เพื่อชีวิต Xin Zhang และ Songtao Ye กับภาควิชาเคมีใน Eberly College of Science; และเสี่ยวผิงเปาร่วมกับโรงเรียนวิศวกรรมเคมี Davidson แห่งมหาวิทยาลัย Purdue ก็มีส่วนร่วมเช่นกัน

สถาบัน National Institute of Biomedical Imaging and Bioengineering ของ National Institutes of Health, National Science Foundation และ Penn State สนับสนุนงานนี้

เรื่องราวที่มา:

วัสดุ ให้บริการโดย รัฐเพนน์. ต้นฉบับเขียนโดย Ashley J. WennersHerron หมายเหตุ: อาจมีการแก้ไขเนื้อหาสำหรับรูปแบบและความยาว

การอ้างอิงวารสาร:

1. Yuqian Jiang, Chuanxin Chen, Lauren N. Randolph, Songtao Ye, Xin Zhang, Xiaoping Bao, Xiaojun Lance Lian การสร้างต้นกำเนิดของตับอ่อนจากเซลล์ต้นกำเนิด pluripotent ของมนุษย์โดยโมเลกุลขนาดเล็ก. รายงานเซลล์ต้นกำเนิด, 2021; ดอย: 10.1016 / j.stemcr.2021.07.021