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Insulin produzierende Mini-Mägen: ein Spiel für Diabetes?
Der Schlüssel zu einer neuen Zelltherapie für Diabetes könnte nach den Ergebnissen einer neuen Studie im Magen liegen; Forscher haben Magenzellen verwendet, um "Mini-Organe" zu schaffen, die Insulin produzieren, wenn sie in Mäuse transplantiert werden.
Dieses Bild zeigt einen Abschnitt des Mini-Magens mit insulinproduzierenden Zellen, die rot markiert sind.
Bildnachweis: Chaiyaboot Ariyachet
In den USA haben rund 29,1 Millionen Menschen Diabetes. Von diesen haben etwa 1,25 Millionen einen Typ-1-Diabetes, bei dem die Zerstörung von Betazellen in der Bauchspeicheldrüse die Insulinproduktion stoppt, was zu einer unzureichenden Regulierung des Blutzuckerspiegels führt.
In einem Versuch, eine Heilung für die Bedingung zu finden, haben Forscher jahrelang nach Wegen gesucht, diese Insulin-produzierenden Beta-Zellen zu ersetzen.
Im vergangenen Oktober zum Beispiel Medizinische Nachrichten heute berichteten über eine Studie, in der Forscher Pankreasgang-abgeleitete Zellen (HDDCs) so umprogrammierten, dass sie sich wie Betazellen verhalten und Insulin produzieren und sekretieren.
Aber diese neueste Studie - in der Zeitschrift veröffentlicht Zellstammzelle - weist darauf hin, dass Zellen aus dem unteren Abschnitt des Magens, die als Pylorusregion bekannt sind, das größte Potential aufweisen, um so umprogrammiert zu werden, dass sie wie Betazellen wirken.
Reprogrammierte Magenzellen normalisierten Glucosespiegel in Mäusen
Qiao Zhou von der Abteilung für Stammzell- und Regenerationsbiologie an der Harvard University in Boston, Massachusetts, und seine Kollegen entwickelten gentechnisch veränderte Mäuse, um drei Gene zu exprimieren, die Zellen in Betazellen umwandeln können.
Dies ermöglichte es dem Team festzustellen, welche Zellen in den Mäusen am wahrscheinlichsten insulinproduzierendes Potenzial haben.
Schnelle Fakten über Diabetes- Von den 29,1 Millionen Menschen, von denen man annimmt, dass sie in den USA Diabetes haben, werden rund 8,1 Millionen nicht diagnostiziert
- Etwa 1,4 Millionen Amerikaner werden jedes Jahr mit Diabetes diagnostiziert
- Typ-2-Diabetes ist die häufigste Form und macht etwa 90-95% aller Fälle aus.
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"Wir haben alles von der Nase bis zum Schwanz der Maus untersucht", sagt Zhou. "Überraschenderweise haben wir entdeckt, dass einige der Zellen in der Pylorusregion am meisten für die Umwandlung in Betazellen geeignet sind. Dieses Gewebe scheint das beste Ausgangsmaterial zu sein."
Die Pylorusregion ist der Bereich, der den Magen mit dem Dünndarm verbindet.
Die Forscher erklären, dass die Pyloruszellen, wenn sie verschiedene Zellen so umprogrammierten, dass sie sich wie Betazellen verhalten, die stärkste Reaktion auf hohe Blutzuckerspiegel in den Mäusen hatten, indem sie Insulin produzierten, um ihren Glukosespiegel wieder auf den Normalwert zu bringen.
Um die Wirksamkeit dieser Zellen zu testen, zerstörten die Forscher die Beta-Zellen von zwei Gruppen von Diabetes-Mausmodellen. Bei einer Gruppe wurden ihre Pyloruszellen reprogrammiert, um wie Betazellen zu wirken, während bei einer Kontrollgruppe keine Pyloruszellen umprogrammiert wurden.
Während die Mäuse in der Kontrollgruppe innerhalb von 8 Wochen starben, behielten diejenigen, deren Pyloruszellen neu programmiert worden waren, ihren Insulin und Glukosespiegel während der gesamten Überwachungsdauer, die bis zu 6 Monaten betrug. Dies legt nahe, dass die umprogrammierten Pyloruszellen den Mangel an Betazellen kompensierten.
Auf die Frage, warum Pyloruszellen die besten Zellen für die Insulinproduktion zu sein scheinen, sagte Zhou MNT: "Aus unseren molekularen und physiologischen Studien scheinen Pylorus-abgeleitete Betazellen den nativen Betazellen in der Bauchspeicheldrüse am ähnlichsten zu sein und können daher eine bessere Arbeit bei der Regulierung des Blutzuckers leisten."
Das Team stellt fest, dass die Verwendung von Zellen aus der Pylorusregion einen weiteren Vorteil bietet: Stammzellen in diesem Bereich erneuern sich regelmäßig. Sie erklären, dass, wenn der erste Satz von umprogrammierten Zellen in den Mäusen zerstört wurde, Pylorus-Stammzellen sie regenerierten.
"In verschiedenen Krankheitszuständen haben Sie einen konstanten Verlust von Beta-Zellen", sagt Zhou. "Wir bieten im Prinzip einen Vorteil, um diese wieder aufzufüllen."
Mini-Mägen kompensierten den Mangel an Beta-Zellen
Zhou erklärt, dass Mäuse in der Studie entwickelt wurden, um drei Gene zu exprimieren, die die Fähigkeit haben, Zellen in Betazellen umzuprogrammieren, aber diese Technik wäre beim Menschen nicht durchführbar.
Um dieses Problem zu lösen und den Weg für eine mögliche klinische Therapie zu ebnen, extrahierten die Forscher etwas Magengewebe von Mäusen und manipulierten die Gewebezellen in einem Labor, um Faktoren zu exprimieren, die zur Umwandlung von Magenzellen in Betazellen führen würden.
Als nächstes überredete das Team die umprogrammierten Zellen zu einem Mini-Magen mit einem Durchmesser von etwa 0,5-1 cm, bevor diese winzigen Organe in die Membranen der Bauchhöhlen der Mäuse transplantiert wurden.
Die Forscher zerstörten daraufhin die Beta-Zellen der Mäuse, um zu sehen, ob der Mini-Magen ihre Arbeit übernehmen würde.
Sie fanden heraus, dass für fünf der 22 Mäuse, die mit den Mini-Mägen transplantiert wurden, ihre Blutglucosespiegel normal blieben. Das Team sagt, dass dies die erwartete Erfolgsrate ist.
"Wenn man das zusammenfasst, fordert man grundsätzlich die geernteten Stammzellen dazu auf, sich selbst zu einem Organ auf einer Matrix zu organisieren", erklärt Zhou. "Die Einschränkung besteht darin, ob das transplantierte Gewebe sich erfolgreich mit den richtigen Schichten reorganisieren kann."
Mini-Mägen: eine machbare Behandlung für Diabetes-Patienten?
Obwohl es noch ein weiter Weg ist, bis eine Mini-Magen-Transplantation für Diabetespatienten eine Option wird, glaubt Zhou, dass ihre Studie es möglich erscheinen lässt:
"Was wirklich plausibel an diesem Ansatz ist, ist, dass man von einer einzelnen Person biopsieren kann, die Zellen in vitro wachsen lässt und sie in Betazellen umprogrammiert und sie dann zu einer patientenspezifischen Therapie transplantiert. Daran arbeiten wir jetzt. Wir sind sehr aufgeregt. "
In der Tat, sagte Zhou MNT dass das Team bereits menschliche Mini-Mägen entwickelt hat, die Insulin produzieren können."Wir testen sie jetzt in Mausmodellen", sagte er. "Unser Ziel ist es, aus diesen Proben patientenspezifische Betazellen zu generieren und diese zurück zu transplantieren."
Aber werden diese Mini-Mägen jemals eine Heilung für Diabetes bringen? "Ich denke, unsere Methode ebnet den Weg für einen neuen Ansatz der Zelltherapie zur Behandlung von Diabetes", sagte Zhou. "Eine Heilung für Diabetes erfordert einen mehrgleisigen Ansatz. Keine einzelne Behandlung kann meiner Meinung nach Diabetes vollständig heilen."
Im vergangenen Monat, MNT berichteten über die Entwicklung einer vielversprechenden Behandlungsstrategie für Patienten mit Typ-1-Diabetes in Form von verkapselten Pankreaszellen.
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