Typ-1-Diabetes: Annäherung an eine Behandlung, bei der neue Insulinzellen entstehen
Neuere Forschungen haben neue Wege bei der Suche nach einer Typ-1-Diabetes-Behandlung beschritten, bei der insulinbildende Zellen erzeugt werden.
Wissenschaftler der Universität Kopenhagen in Dänemark und des Helmholtz Zentrums München in Neuherberg haben die Signale kartiert, die das Schicksal der Vorläuferzellen in der Bauchspeicheldrüse bestimmen.
Diese unreifen Zellen können sich entweder zu Inselzellen entwickeln, die Insulin produzieren, oder zu einem anderen Zelltyp.
Das Tagebuch Natur enthält ein Papier zu den Ergebnissen.
Diese Forschung zeigt, dass Pankreas-Vorläuferzellen herumspringen und dass ihre unmittelbare Umgebung oder extrazelluläre Matrix eine wichtige Rolle bei der Entscheidung über ihr Schicksal spielt.
„Wir konnten jetzt das Signal abbilden, das bestimmt, ob Pankreas-Vorläuferzellen endokrin werden, wie Insulin-“, sagt Prof. Henrik Semb, leitender Autor und Direktor des Instituts für translationale Stammzellforschung am Helmholtz Zentrum München. Beta-Zellen oder Duktuszellen produzieren. “
Typ 1 Diabetes und Inselzellen
Insulin ist ein Hormon, das den Zellen hilft, Glukose aufzunehmen und daraus Energie zu gewinnen.
Diabetes entsteht, wenn der Blutzuckerspiegel des Körpers zu hoch ist. Dies kann entweder passieren, weil nicht genügend Insulin vorhanden ist (Typ-1-Diabetes) oder weil die Zellen es nicht richtig verwenden können (Typ-2-Diabetes).
Zahlen der Zentren für die Kontrolle und Prävention von Krankheiten (CDC) für 2015 deuten darauf hin, dass in diesem Jahr in den USA rund 30,3 Millionen Menschen an Diabetes litten. Etwa 5 Prozent von ihnen leiden an Typ-1-Diabetes und erfordern eine tägliche Insulinbehandlung.
Typ-1-Diabetes entsteht, wenn das Immunsystem insulinproduzierende Zellen in der Bauchspeicheldrüse zerstört.
Diese Zellen existieren in Clustern, sogenannten Langerhans-Inseln, die verschiedene Arten von Zellen enthalten, die Hormone bilden. Diejenigen, die Insulin produzieren, werden Beta-Zellen genannt.
Die aktuelle Studie konzentrierte sich auf Vorläuferzellen. Diese unreifen Zellen sind „frühe Nachkommen“ von Stammzellen.
Vorläuferzellen können wie Stammzellen zu einer oder mehreren Arten von Zellen werden. Im Gegensatz zu Stammzellen können sie sich jedoch nicht unbegrenzt teilen und vermehren. Vorläuferzellen können auch zu einem begrenzten Bereich von Zelltypen reifen als Stammzellen.
Vorläuferzellen sind „ständig“ in Bewegung
Vorläuferzellen sind schwer zu untersuchen, weil sie nicht still sitzen. „Sie bewegen sich ständig in der sich entwickelnden Bauchspeicheldrüse, was zu häufigen Umweltveränderungen führt“, bemerkt Prof. Semb.
Er vergleicht die Zellen mit Flippern, die in einer Maschine herumspringen - ihre „endgültige Punktzahl basiert auf der Summe der Begegnungen mit Stecknadeln“.
Um zu untersuchen, wie jeder Vorläufer ohne Störung anderer Zellen auf seine Umgebung reagierte, nahmen er und seine Kollegen Vorläufer, die aus menschlichen Stammzellen entwickelt wurden, und säten sie auf Objektträger, die Mikromuster von Matrixproteinen enthielten.
Prof. Semb sagt, dass die Forscher von dem, was sie entdeckten, sehr überrascht waren.
Sie fanden heraus, dass verschiedene Wechselwirkungen mit Komponenten in der extrazellulären Matrix den „mechanischen Kraftzustand innerhalb des Vorläufers“ veränderten.
"Diese Kräfte resultieren aus Wechselwirkungen zwischen der extrazellulären Matrix, die sich außerhalb der Zelle befindet, und dem Aktin-Zytoskelett, das sich innerhalb der Zelle befindet", fügt er hinzu.
Endokrine oder Duktuszelle?
Mithilfe weiterer Experimente stellte das Team fest, dass die Exposition gegenüber verschiedenen Proteinen in der extrazellulären Matrix die Vorläufer auf unterschiedliche Weise zu ihrem Schicksal führte.
Abhängig von den beteiligten Kräften wurden die Vorläuferzellen entweder zu Duktuszellen oder zu hormonproduzierenden (endokrinen) Inselzellen.
„Die Experimente zeigen, dass die Exposition gegenüber der extrazellulären Matrix Laminin die Vorläuferzellen zu einem endokrinen Schicksal führt, indem die mechanischen Kräfte in den Zellen reduziert werden“, erklärt Prof. Semb.
"Umgekehrt führt die Exposition gegenüber Fibronektin aufgrund erhöhter mechanischer Kräfte zu einem Schicksal des Kanals", fügt er hinzu.
"Unsere Entdeckung geht neue Wege, weil sie erklärt, wie multipotente Vorläuferzellen während der Organbildung zu verschiedenen Zelltypen reifen."
Prof. Henrik Semb
Die Ergebnisse des Teams sollten dazu beitragen, die Entwicklung von Behandlungen zu unterstützen, mit denen insulinproduzierende Zellen aus Stammzellen hergestellt werden.
"Wir können jetzt eine signifikante Anzahl empirisch abgeleiteter Substanzen, deren Wirkungsweise in aktuellen Differenzierungsprotokollen nach dem Stand der Technik weitgehend unbekannt ist, durch niedermolekulare Inhibitoren ersetzen, die auf bestimmte Komponenten des neu identifizierten Mechanosignalisierungsweges abzielen", so Prof. Semb Bemerkungen.
Er fügt hinzu, dass die Studie auch eine Reihe von Präzisionswerkzeugen zur Verfügung gestellt hat, die bei der Entwicklung von Zellersatzbehandlungen nützlich sein könnten, nicht nur bei Typ-1-Diabetes, sondern auch bei anderen schweren Erkrankungen wie neurodegenerativen Erkrankungen.
In einem Video des Helmholtz Zentrums München fasst Prof. Semb die Forschung zusammen und erklärt die einflussreiche Rolle der extrazellulären Matrix bei der Bestimmung des Schicksals unreifer Pankreaszellen.
