معلومة

إذا كان من الممكن وجود بنكرياس يعمل بكامل طاقته ، فهل يمكن استخدامه كعلاج لمرض السكري من النوع 2؟


هل يكافئ القول أنه في حالة وجود بنكرياس يعمل بكامل طاقته ، فمن الممكن أن توجد طريقة لعلاج مرض السكري من النوع 2 قريبًا؟

لقد تحققت مؤخرًا من وجود مغفرة فقط مع بعض جراحات المعدة.

المرجع: 1) http://care.diabetesjournals.org/content/34/Supplement_2/S361

2) http://www.medscape.com/viewarticle/733691 (يتطلب الوصول الكامل عضوية)


نظرًا لأن الإجماع هو أن المشكلة الأولية الكامنة في t2dm هي تطوير حساسية الأنسولين في وجود بنكرياس يعمل بشكل طبيعي ، فإن استبدال هذا البنكرياس في مرحلة أكثر تقدمًا من المرض لن يؤدي إلى تطبيع مستويات الجلوكوز.

http://journal.diabetes.org/clinicaldiabetes/v18n22000/pg80.htm


نمذجة غدد البنكرياس في الصحة والمرض

مرض السكري هو مرض متعدد العوامل يؤثر على أعداد متزايدة من المرضى في جميع أنحاء العالم. يتسم التقدم إلى داء السكري المعتمد على الأنسولين بفقدان خلايا البنكرياس أو اختلالها الوظيفي ، لكن الآليات المرضية الكامنة وراء فشل الخلايا بيتا في داء السكري من النوع الأول والنوع الثاني من داء السكري لا تزال غير محددة بشكل جيد. إن تجديد كتلة الخلايا β من الخلايا الجزيرية المتبقية أو استبدالها بخلايا تشبه β مشتقة من الخلايا الجذعية يحمل وعدًا كبيرًا لإيقاف تقدم المرض أو عكسه. ومع ذلك ، فإن تطوير خيارات العلاج الجديدة يعوقه فهمنا المحدود لتكوين أعضاء البنكرياس البشري بسبب تقييد الوصول إلى الأنسجة الأولية. لذلك ، يتمثل التحدي في ترجمة النتائج التي تم الحصول عليها من أنظمة النماذج قبل السريرية إلى البشر ، الأمر الذي يتطلب نمذجة مقارنة لبيولوجيا الخلية بيتا في الصحة والمرض. هنا ، نناقش أنظمة النمذجة المتنوعة عبر الأنواع المختلفة التي توفر الدقة المكانية والزمانية للآليات الخلوية والجزيئية لفهم العلاقة التطورية المحفوظة بين النمط الجيني والنمط الظاهري وترجمتها إلى البشر. بالإضافة إلى ذلك ، نلخص أحدث المعارف حول العضويات ، ومنصات تمايز الخلايا الجذعية ، والجزر الصغيرة الأولية والجزر الزائفة ، والهندسة الحيوية وأنظمة الموائع الدقيقة لدراسة تطور البنكرياس البشري والتوازن خارج الجسم الحي. فتحت أنظمة ومنصات النمذجة الجديدة هذه طرقًا جديدة لاستكشاف مسار النمو وعلم وظائف الأعضاء وعلم الأحياء وعلم أمراض البنكرياس البشري.


بالنسبة لمرض السكري ، تقدم وصفة الخلايا الجذعية أملاً جديداً

دوجلاس ميلتون لا يقل صبره مثل أي شخص آخر لعلاج مرض السكري. أصيب ابنه بالمرض عندما كان رضيعًا ، وشُخصت ابنته في سن الرابعة عشرة. وعلى مدى العقدين الماضيين ، ركز عالم الأحياء التطورية في معهد هارفارد للخلايا الجذعية أبحاثه على إيجاد علاج. في هذا الأسبوع ، أبلغ هو وزملاؤه عن خطوة مهمة محتملة نحو هذا الهدف: وصفة يمكنها تحويل الخلايا الجذعية البشرية إلى خلايا بنكرياسية وظيفية - الخلايا التي دمرها الجهاز المناعي للجسم في مرضى السكري من النوع 1 مثل ابن ميلتون و ابنتي. تستجيب الخلايا التي أنتجها الباحثون للجلوكوز عن طريق إنتاج الأنسولين ، تمامًا كما تفعل الخلايا العادية. وعندما تُزرع في الفئران المصابة بشكل من أشكال مرض السكري ، يمكن للخلايا أن تعالج الاضطراب.

يقول جورج فيرير ، الذي يدرس جينات الخلايا في إمبريال كوليدج لندن: "كان مجتمع أبحاث مرض السكري ينتظر منذ زمن طويل هذا النوع من الاختراق". يجب أن تكون الخلايا المولدة في المختبر أداة قيمة لدراسة مرض السكري ، ويأمل ميلتون أن يتم استخدامها في النهاية لعلاج المرضى.

على مدار اليوم ، ينظم البنكرياس مستويات السكر في الدم ، ويستجيب لزيادة الجلوكوز بعد الأكل عن طريق إفراز الأنسولين ، مما يساعد الخلايا على امتصاص السكر. في داء السكري من النوع 1 ، يقتل جهاز المناعة في الجسم عن طريق الخطأ خلايا لأسباب لا تزال مجهولة ، ويُترك الجسم بدون أنسولين. يتحكم الناس في مرض السكري عن طريق حقن جرعات مُعايرة بعناية من الأنسولين. لكن مطابقة التحكم الدقيق في الأنسولين الذي يحققه البنكرياس السليم يكاد يكون مستحيلًا ، لذلك كان الباحثون يأملون منذ عقود في إيجاد طريقة لاستبدال الخلايا المفقودة.

عندما عزل العلماء الخلايا الجذعية الجنينية البشرية (ES) في عام 1998 ، ارتفعت الآمال. تعد الخلايا الجذعية الجنينية متعددة القدرات ، مما يعني أنها يمكن أن تتحول من الناحية النظرية إلى أي نوع من أنواع خلايا الجسم - بما في ذلك الخلايا β. في الواقع ، كان أول ما حاول الباحثون صنعه من الخلايا الجذعية الجنينية هو خلايا البنكرياس. في وقت لاحق ، حاولوا باستخدام ما يسمى بالخلايا الجذعية المحفزة (iPS) ، والتي تم تصنيعها عن طريق إعادة برمجة الخلايا البالغة إلى حالة شبيهة بالجنين. في كلتا الحالتين ، "لقد ثبت أنها مهمة معقدة للغاية" ، كما يقول مارك ماغنوسون من جامعة فاندربيلت في ناشفيل ، والذي يدرس تطور البنكرياس.

قامت عدة فرق بتحويل الخلايا الجذعية إلى سلائف لخلايا بيتا ، والتي تنضج عند وضعها في حيوانات التجارب. لكن الخلايا تستغرق 6 أسابيع لتصبح خلايا β تعمل بكامل طاقتها ، ولا يمكن دراستها بسهولة خارج الجسم. ومع ذلك ، بدأت تجربة سريرية الشهر الماضي لاختبار استخدامها العلاجي على المرضى.

في زنزانة في هذا الأسبوع ، أبلغ ميلتون وزملاؤه عن وصفة معقدة يمكن أن تحول إما الخلايا الجذعية الجنينية البشرية أو الخلايا الجذعية المحفزة مباشرة إلى خلايا وظيفية. يستند هذا الاختراق إلى أكثر من عقد من العمل الدؤوب في مختبر ميلتون. لقد درس هو وزملاؤه بدقة الإشارات التي توجه نمو البنكرياس ، مطبقين ما وجدوه وآخرون لتطوير طريقة تحول الخلايا الجذعية إلى خلايا ناضجة. يقول ميلتون: "ليس هناك سحر في هذا". "إنه ليس اكتشافًا بقدر ما هو علم الأحياء التطوري التطبيقي."

ويضيف ميلتون أن البروتوكول "قابل للتكرار ، لكنه ممل". تُزرع الخلايا الجذعية في قوارير وتتطلب خمسة وسائط نمو مختلفة و 11 عاملاً جزيئيًا ، من البروتينات إلى السكريات ، تضاف في توليفات دقيقة على مدى 35 يومًا لتحويلها إلى خلايا. على الجانب المشرق ، يقول ميلتون ، يمكن لهذه التقنية أن تنتج 200 مليون خلية في دورق واحد سعة 500 مل ، وهو ما يكفي ، من الناحية النظرية ، لعلاج المريض. يقول ميلتون إن البروتوكول يبدو أنه يعمل بشكل جيد مع خطوط الخلايا ES و iPS.

قبل أن يتم استخدام الخلايا لعلاج مرض السكري من النوع الأول ، يحتاج الباحثون إلى إيجاد طريقة لحمايتها من الرفض المناعي. من المحتمل أن تهاجم استجابة المناعة الذاتية نفسها التي تسببت في المرض خلايا جديدة مشتقة من خلايا iPS الخاصة بالمريض ، والاستجابة المناعية الطبيعية ستدمر الخلايا المشتقة من ES ، والتي قد تبدو غريبة. (لقد كان ذلك يمثل تحديًا للجهود المبذولة لعلاج مرض السكري من النوع الأول من خلال عمليات زرع الخلايا المتلقاة من متبرعين متوفين.) يستكشف ميلتون وزملاؤه الآن كيفية تغليف الخلايا المشتقة من الخلايا الجذعية فيزيائيًا ، بالإضافة إلى طرق تعديل β الخلايا لتمكينها من درء هجوم المناعة.

في غضون ذلك ، يجب أن تساعد الخلايا في دراسة اضطراب المناعة الذاتية. يقول فيرير: "من المحتمل أن توفر هذه التقنية طرقًا لإنشاء أنظمة نموذجية لدراسة الأساس الجيني لمرض السكري ، أو لاكتشاف علاجات جديدة لتعزيز الخلايا الموجودة". يقول ميلتون إن مختبره يحتوي على سلالات خلايا iPS مأخوذة من مرضى السكري - النوع 1 والنوع 2 ، حيث لا يتم تدمير خلايا - وعناصر تحكم صحية. إنهم يولدون خلايا من خطوط الخلايا تلك للبحث عن الاختلافات التي قد تفسر كيفية تطور الأشكال المختلفة للمرض. سيقومون أيضًا بفحص المواد الكيميائية التي يمكن أن توقف أو حتى تعكس الضرر الذي يلحقه السكري بالخلايا.

يقول ميلتون إن ابنه وابنته - اللذان يبلغان من العمر الآن 23 و 27 عامًا - كانوا سعداء ولكن لم يتفاجأوا بتقدم مجموعته. وعكسوا دور الوالدين والطفل ، أزعجه بلطف "ليبدأ العمل ويحل مشكلة [الرفض المناعي]."


تشريح تطور البنكرياس

غالبًا ما يوصف البنكرياس كجهازين في جهاز واحد ، نظرًا للوظيفة المميزة وتنظيم مكونات الغدد الصماء والغدد الصماء. في الفقاريات العليا ، قد يُنظر إليه على أنه أربعة أعضاء ، لأنه يشتمل على فصوص ظهرية وبطنية مميزة من الناحية التشريحية. يُشار إلى هذين الفصين من البنكرياس على أنهما الذيل والرأس ، على التوالي ، حيث ينشأان كثخانات على طول الأسطح الظهرية والبطنية للمعي الأمامي الخلفي ، بالقرب من الأديم الباطن الكبدي المرتقب (الشكل 1 أ). يمكن التعرف على هذه التكثيف تشريحيا بحوالي 9 أيام من التطور (E9.0-E9.5) في الماوس (Wessells and Cohen ، 1967). مع الاحتفاظ بالاستمرارية اللمعية مع أنبوب القناة الهضمية ، تنتقل هذه الهياكل إلى اللحمة المتوسطة المحيطة كبراعم ظهارية كثيفة ، والتي تتوسع لاحقًا وتتفرع وتتمايز لتنتج نظامًا عضويًا يعمل بكامل طاقته قبل الولادة (الشكل 1 أ ، الشكل 2). يجلب دوران الأمعاء الفصين إلى موضع قريب في البشر ، وتخضع أنظمة الأقنية الخاصة بهم إلى اندماج جزئي ، على الرغم من أن هذه العملية أقل وضوحًا في القوارض.

يتكون الجزء الأكبر من البنكرياس الناضج من خلايا أسينار متصلة بالأمعاء عبر شجرة أقنية شديدة التشعب ، بينما تنتشر الجزر بشكل أساسي عبر المناطق المركزية من العضو. تشتمل الجزيرة على عدة أنواع منفصلة من خلايا الغدد الصماء: خلايا بيتا هي الأبرز (50-80 ٪ من الإجمالي ، اعتمادًا على الأنواع) (Brissova et al. ، 2005 Cabrera et al. ، 2006) ، وتميل إلى الفصل في جوهر جزيرة ، مع أنواع الخلايا الأخرى مرتبة أقرب إلى الوشاح (انظر الشكل 3R). تعد خلايا ألفا المنتجة للجلوكاجون هي النوع التالي الأكثر شيوعًا من الخلايا الجزيرية المتبقية ، والتي تضم كل منها أقلية صغيرة من الإجمالي ، وتشمل خلايا بيتا ، والتي تنتج خلايا سوماتوستاتين وخلايا PP ، والتي تنتج بولي ببتيد بنكرياسي ، والخلايا الموصوفة حديثًا ϵ - الخلايا التي تنتج جريلين (Prado et al.، 2004 Wierup et al.، 2002).

يتم تحديد التشريح المرئي للبنكرياس النامي من خلال التشريح الجزيئي للتعبير الجيني التفاضلي ، ويتم دراسة عدد قليل من الجينات بشكل أفضل في هذا الصدد من عامل النسخ المتماثل Pdx1. التعبير الأولي عن Pdx1 (E8.5-E9.0) يشير إلى الأديم الباطن قبل البنكرياس قبل أن يتسمك بشكل واضح (Ahlgren et al. ، 1996 Guz et al. ، 1995 Offield et al. ، 1996) (الشكل 2) ، ويتوافق مع فترة محددة بشكل كلاسيكي لمواصفات البنكرياس (ويسلز وكوهين ، 1967). مبكرا Pdx1 لذلك فإن التعبير هو علامة مفيدة لهوية البنكرياس ، على الرغم من أنه يتوسع خلال الأيام العديدة القادمة من التطور ليشمل المعدة الخلفية والاثني عشر والقناة الصفراوية. عامل نسخ آخر ، Ptf1a، يتم التعبير عنه أيضًا في البنكرياس المبكر ، ويظل تعبيره الباطني خاصًا بالبنكرياس طوال التطور (Kawaguchi et al. ، 2002).

تشريح البنكرياس والأنساب والجينات. (أ) ينشأ البنكرياس الظهري والبطني (dp و vp ، على التوالي) عند حوالي E8.5 في الماوس (أعلى) ، من شريحتين من الأديم الباطن للأمعاء (ملحوظان dp ، vp) تقعان بجوار الكبد المكون (li) داخل تطوير الأديم الباطن للأمعاء. في E10.5 (الوسط) ، برعم البنكرياس البدائي في اللحمة المتوسطة المحيطة وتحتل موقعًا بين المعدة (st) والأمعاء (in). دوران الأمعاء اللاحق ، من E12.5 فصاعدًا (أسفل) ، يجلب الفصوص إلى موضع أقرب ، على الرغم من أن كل منهما يحافظ على اتصال القناة الأصلي بالأمعاء و / أو القناة الصفراوية المشتركة (cbd). (ب) يشير تتبع النسب إلى أن جميع أنواع خلايا البنكرياس الناضجة مشتقة من أسلاف تعبر عن ذلك Pdx1 و / أو Ptf1a (أرجواني) ، وتلك مجموعة فرعية من هؤلاء الأسلاف تواصل التعبير Ngn3 وتفرق إلى خلايا جزيرة. الجينات المدرجة باللون الأحمر مطلوبة لجوانب مختلفة من الخطوات المشار إليها ، كما هو موضح في النص.

تشريح البنكرياس والأنساب والجينات. (أ) ينشأ البنكرياس الظهري والبطني (dp و vp ، على التوالي) عند حوالي E8.5 في الماوس (أعلى) ، من شريحتين من الأديم الباطن للأمعاء (ملحوظان dp ، vp) تقعان بجوار الكبد المكون (li) داخل تطوير الأديم الباطن للأمعاء. في E10.5 (الوسط) ، برعم البنكرياس البدائي في اللحمة المتوسطة المحيطة وتحتل موقعًا بين المعدة (st) والأمعاء (in). دوران الأمعاء اللاحق ، من E12.5 فصاعدًا (أسفل) ، يجلب الفصوص إلى موضع أقرب ، على الرغم من أن كل منهما يحافظ على اتصال القناة الأصلي بالأمعاء و / أو القناة الصفراوية المشتركة (cbd). (ب) يشير تتبع النسب إلى أن جميع أنواع خلايا البنكرياس الناضجة مشتقة من أسلاف تعبر عن ذلك Pdx1 و / أو Ptf1a (أرجواني) ، وتلك مجموعة فرعية من هؤلاء الأسلاف تواصل التعبير Ngn3 وتفرق إلى خلايا جزيرة. الجينات المدرجة باللون الأحمر مطلوبة لجوانب مختلفة من الخطوات المشار إليها ، كما هو موضح في النص.

يوضح تتبع النسب الجينية (الإطار 1) ذلك Pdx1 + تمثل الخلايا أسلاف جميع أنواع خلايا البنكرياس الناضجة ، بما في ذلك خلايا القناة والجزيرة والأسينار (Gu et al. ، 2002) (الشكل 1 ب). Pdx1 يتم التعبير عنه على نطاق واسع في البنكرياس خلال الأيام العديدة الأولى من نمو البنكرياس ، حيث ينمو العضو ويتفرع (الشكلان 2 ، 3). Ptf1a التعبير واسع بالمثل في المراحل المبكرة ، وقد وجد Kawaguchi وآخرون (Kawaguchi وآخرون ، 2002) ، من خلال تتبع النسب باستخدام Ptf1a كري أليل الضربة القاضية ، ذلك Ptf1a + تساهم الخلايا في جميع السلالات الناضجة الثلاثة. لاحظ هؤلاء المؤلفون أيضًا أن مجموعة صغيرة من خلايا القناة والجزيرة لم يتم تصنيفها بواسطة Ptf1a كري ، ربما يرجع ذلك إلى حقيقة أن Ptf1a يصبح التعبير مقيدًا بخلايا سلائف أسينار بحوالي E13.5 (الشكل 2).

الإطار 1. تتبع النسب وتنمية البنكرياس.أنتجت تقنيات تتبع النسب الجينية نظرة ثاقبة لتطور البنكرياس والأنسجة الأخرى. يستخدم نهج تتبع النسب الأكثر شيوعًا ريكومبيناز Cre ، والذي يمكنه حذف أجزاء الحمض النووي المحاطة بـ loxP (تسمى مواقع floxed) (براندا وديميكي ، 2004). تم تطوير سلالات الفئران التي يكون فيها التعبير في كل مكان لجين المراسل ، مثل لاكز، يتم منعه عن طريق تسلسل floxed يتم وضعه بين المروج والمراسل (سوريانو ، 1999) يؤدي الحذف بوساطة Cre لهذا التسلسل إلى تمييز وراثي لخلية معبرة عن Cre. عندما يتم تحريك تعبير Cre بواسطة محفز نشط في الخلايا السلفية ، يمكن تتبع نزول تلك الخلايا في فئات مختلفة من النسل المتمايز (Gu et al. ، 2002 Kawaguchi et al. ، 2002) (انظر الشكل 1). على العكس من ذلك ، إذا تم التعبير عن Cre بشكل مشترك باستخدام علامة تمايز ، مثل الأنسولين ، فيمكن للمرء تحديد ما إذا كانت الخلايا المتمايزة تغير نمطها الظاهري في سياق التطور الجنيني أو مرحلة البلوغ. تم استخدام مثل هذا النهج لدحض الفرضية القائلة بأن الخلايا ألفا وبيتا الناضجة مشتقة من أسلاف تشارك في التعبير عن الجلوكاجون والأنسولين (هيريرا ، 2000). لذلك يمكن أن يقدم تتبع النسب رؤى قيمة ليست واضحة من الدراسات النسيجية. ومع ذلك ، فإن أحد القيود الرئيسية على هذه التقنية هو الدقة المنخفضة نسبيًا: إذا قام سائق Cre معين بتسمية أنواع خلايا متباينة متعددة ، فمن المستحيل التمييز بين ما إذا كان هذا المحرك نشطًا في أسلاف متعددة القدرات أو في فئات منفصلة من الخلايا السليفة المقيدة بالأنسجة. هناك قيود أخرى تتمثل في أن إعادة التركيب يحول الإدخال التناظري (أي مستوى تعبير Cre لكل خلية) ، إلى إخراج رقمي (إما أن جين المراسل يتم تنشيطه أم لا). وبالتالي ، يمكن أن يفشل التحور الجيني لـ Cre في تسمية النسيج محل الاهتمام إما لأن محفزه صامت تمامًا في أسلاف هذا النسيج ، أو لأن مستوى تعبيره أقل من عتبة حاسمة لإعادة التركيب. غالبًا ما تعطي الجينات المعدلة لـ Cre وصفًا غير كامل لأنسجة أو أنواع خلايا معينة ، ربما بسبب عتبة الحساسية هذه.

Ptf1a و Pdx1 يلعب كل منها أدوارًا مهمة في مواصفات البنكرياس ، كما هو موضح أدناه ، ومع ذلك تم تحديد أدوارها في التعبير الجيني الخاص بنوع الخلايا البالغة. تمشيا مع المرحلة الأخيرة من التعبير ، Ptf1a تم تحديده كمنشط جيني أسينار (كراب وآخرون ، 1996) ، و Ptf1a- البنكرياس الناقص يفتقر تمامًا إلى الخلايا الأسينار (كراب وآخرون ، 1998). Pdx1، في غضون ذلك ، تم تحديده كمنظم لأنسولين الفئران 1 (Ins1) الجين (Ohlsson et al. ، 1993) ، ومن E15.5 فصاعدًا يصبح تعبيره مقصورًا بشكل أساسي على خلايا بيتا. (لاحظ أن القوارض لها جينان من الأنسولين ، في حين أن الرئيسيات لديها جين واحد فقط لأن التنظيم والتعبير البنكرياس لهذه الجينات متطابقان تقريبًا ، فأنا أشير إليهما بشكل جماعي باسم الأنسولين.) انتقالات Pdx1 و Ptf1a يتزامن التعبير مع التحويل الكلي للأسلاف إلى خلايا الغدد الصماء والأكسوكرين الناضجة (الأشكال 2 ، 3). ينعكس هذا التحويل أيضًا في التعبير الديناميكي لعامل النسخ bHLH neurogenin 3 (نيوروج 3، المعروف أيضًا باسم Ngn3) ، والتي تحدد على وجه التحديد سلائف الخلايا الجزيرية (Gu et al. ، 2002) (الشكل 1). Ngn3 + تظهر الخلايا بأعداد صغيرة في العضو المبكر ، وتزداد بشكل كبير خلال منتصف التطور الجنيني ، ثم تنخفض أخيرًا نحو الولادة (الأشكال 2 ، 3) (Gradwohl et al. ، 2000 Schwitzgebel et al. ، 2000). على غرار الخلايا العصبية ، يتم إنشاء خلايا الجزيرة عادةً خلال نافذة تنموية مقيدة ، وتسمى هذه العملية بالتكوين الجديد ، من أجل تمييزها عن تكاثر خلايا الجزيرة الموجودة مسبقًا.

مراحل تطور البنكرياس. المقاطع العرضية التخطيطية للأجنة والأعضاء النامية ، والتي تمثل تطور تطور البنكرياس. (أ) مصاحبة لمواصفات الجهاز. Pdx1 و Ptf1a بدء التعبير في مجالين مقيدين من الأديم الباطن للأمعاء (ar). الأنسجة المجاورة ، بما في ذلك الحبل الظهري (nt) والشريان الأورطي (ao) ، قد تعزز عملية المواصفات هذه (Kim et al.، 1997 Lammert et al.، 2001 Yoshitomi and Zaret، 2004).ب) اللحمة المتوسطة (mes) تحيط بالبراعم السميكة كأول Ngn3 + تظهر الخلايا المؤيدة للغدد الصماء. (ج) ينتج النمو اللاحق برعمًا ظهاريًا كثيفًا ، حيث تبدأ خلايا ألفا المبكرة في التمايز. (د) مزيد من النمو والتفرع يسبق الانتقال الثانوي ، والذي يتميز بالتمايز الهائل للخلايا و acinar الخلايا ، بالإضافة إلى التقييد التدريجي لـ Pdx1 و Ptf1a التعبير عن أنواع الخلايا هذه. (ه) لقد اتخذ العضو شكله الناضج بالولادة ، مع وجود جزر لانجرهانز متناثرة بين أسيني وقنوات خارجية.

مراحل تطور البنكرياس. المقاطع العرضية التخطيطية للأجنة والأعضاء النامية ، والتي تمثل تطور تطور البنكرياس. (أ) مصاحبة لمواصفات الجهاز. Pdx1 و Ptf1a بدء التعبير في مجالين مقيدين من الأديم الباطن للأمعاء (ar). الأنسجة المجاورة ، بما في ذلك الحبل الظهري (nt) والشريان الأورطي (ao) ، قد تعزز عملية المواصفات هذه (Kim et al.، 1997 Lammert et al.، 2001 Yoshitomi and Zaret، 2004).ب) اللحمة المتوسطة (mes) تحيط بالبراعم السميكة كأول Ngn3 + تظهر الخلايا المؤيدة للغدد الصماء. (ج) ينتج النمو اللاحق برعمًا طلائيًا كثيفًا ، حيث تبدأ خلايا ألفا المبكرة في التمايز. (د) مزيد من النمو والتفرع يسبق الانتقال الثانوي ، والذي يتميز بالتمايز الهائل للخلايا و acinar الخلايا ، بالإضافة إلى التقييد التدريجي لـ Pdx1 و Ptf1a التعبير عن أنواع الخلايا هذه. (ه) لقد اتخذ العضو شكله الناضج بالولادة ، مع وجود جزر لانجرهانز متناثرة بين أسيني وقنوات خارجية.

ديناميات مواصفات وتمايز الغدد الصماء.(أ-ف) الصور المجهرية من Brightfield لـ Pdx1 المناعي في مراحل مختلفة من تطور البنكرياس الظهري للفأر (dp). من E11.5-E15.5 ، يتم التعبير عن Pdx1 في جميع أنحاء ظهارة البنكرياس (وكذلك في المعدة الخلفية ، st) ، ويتم تنظيمه لاحقًا في acini (ac) والقنوات (du) مع الاحتفاظ به في خلايا (يكون). (جي إل) متحد البؤر صورة مجهرية التألق المناعي في مراحل مكافئة ، للعلامة الظهارية الشاملة E-cadherin (الأخضر) وعلامة السلائف جزيرة Ngn3 (أحمر). يعد تعبير Ngn3 نادرًا في E11.5 ، ويبلغ ذروته بشكل كبير أثناء الانتقال الثانوي (E13.5-E15.5) وينخفض ​​مرة أخرى في E17.5 ، ويصبح غير قابل للكشف في البنكرياس حديثي الولادة والبالغين. تشير رؤوس الأسهم إلى مجموعات بروتو أسينار في محيط الظهارة المتفرعة ، والتي منها Ngn3يتم استبعاد التعبير باستمرار. (السيد) كشف متحد البؤر عن الجلوكاجون (الأخضر) والأنسولين (الأحمر). تعتبر خلايا الجلوكاجون + ألفا شائعة نسبيًا في E11.5 و E13.5 ، بينما لا يتم اكتشاف أعداد كبيرة من خلايا الأنسولين + إلا بعد E13.5. من E17.5 فصاعدًا ، تتجمع خلايا الغدد الصماء في جزر يمكن التعرف عليها ، مع خلايا في قلبها وخلايا α موزعة محيطيًا. شريط مقياس في جميع الصور ، 50 ميكرومتر.

ديناميات مواصفات وتمايز الغدد الصماء.(أ-ف) الصور المجهرية من Brightfield لـ Pdx1 المناعي في مراحل مختلفة من تطور البنكرياس الظهري للفأر (dp). من E11.5-E15.5 ، يتم التعبير عن Pdx1 في جميع أنحاء ظهارة البنكرياس (وكذلك في المعدة الخلفية ، st) ، ويتم تنظيمه لاحقًا في acini (ac) والقنوات (du) مع الحفاظ عليه في خلايا (يكون). (جي إل) متحد البؤر صورة مجهرية التألق المناعي في مراحل مكافئة ، للعلامة الظهارية الشاملة E-cadherin (الأخضر) وعلامة السلائف جزيرة Ngn3 (أحمر). يعد تعبير Ngn3 نادرًا في E11.5 ، ويبلغ ذروته بشكل كبير أثناء الانتقال الثانوي (E13.5-E15.5) وينخفض ​​مرة أخرى في E17.5 ، ويصبح غير قابل للكشف في البنكرياس حديثي الولادة والبالغين. تشير رؤوس الأسهم إلى مجموعات بروتو أسينار في محيط الظهارة المتفرعة ، والتي منها Ngn3يتم استبعاد التعبير باستمرار. (السيد) كشف متحد البؤر للجلوكاجون (الأخضر) والأنسولين (الأحمر). تعتبر خلايا الجلوكاجون + ألفا شائعة نسبيًا في E11.5 و E13.5 ، بينما لا يتم اكتشاف أعداد كبيرة من خلايا الأنسولين + إلا بعد E13.5. من E17.5 فصاعدًا ، تتجمع خلايا الغدد الصماء في جزر يمكن التعرف عليها ، مع خلايا في قلبها وخلايا α موزعة محيطيًا. شريط مقياس في جميع الصور ، 50 ميكرومتر.

Ngn3 يتم التعبير عنها في الخلايا الظهارية الشبيهة بالقناة والتي تقع مركزيًا داخل البنكرياس النامي حيث تتمايز هذه الخلايا ، وتقلل من تنظيمها Ngn3، يخرج من الظهارة ويتجمع في هياكل جزيرة أولية (Pictet and Rutter ، 1972 Schwitzgebel et al. ، 2000). الأهم من ذلك ، أن طيف تمايز الغدد الصماء يتغير من خلال التطور الجنيني ، مع ولادة خلايا ألفا في وقت مبكر جدًا (انظر الإطار 2) وأنواع الخلايا الأخرى ، بما في ذلك خلايا بيتا ، التي لم يتم إنشاؤها بأعداد كبيرة حتى E13.5 أو بعد ذلك (Herrera et al. . ، 1991 بيكتيت وروتر ، 1972) (الأشكال 2 ، 3). ومن المثير للاهتمام ، أن تمايز الخلايا β يحدث في وقت واحد مع تمايز الخلايا الأسينار ، وإن كان في منطقة مختلفة من العضو (الشكل 2) ، خلال فترة تسمى "الانتقال الثانوي" (Pictet and Rutter ، 1972). الخلايا الجزيرية المتمايزة حديثًا غير قابلة للانقسام ، على الرغم من أنها تستأنف مستويات منخفضة من الانتشار نحو الولادة (Sander et al. ، 2000).

أدت الملاحظة التي تظهر للجزر الصغيرة من أسلاف تشبه القناة إلى الأمل طويل الأمد في أن قناة البنكرياس الناضجة يمكن إقناعها في تكوين خلايا بيتا جديدة. كما سنرى ، يبقى من غير الواضح ما إذا كان هذا يحدث في البنكرياس الطبيعي ، أو ما إذا كان يمكن إحداثه في المختبر. ينطبق نفس عدم اليقين بشكل أساسي على جميع المصادر المحتملة لخلايا بيتا القابلة للزرع. النسيج الوحيد الذي يُظهر بشكل لا لبس فيه تكون الخلايا الجديدة هو البنكرياس الجنيني ، ومن المحتمل أن يتطلب إعادة إنتاج هذا العمل الفذ في مكان آخر أن نفهم كيف يحدث في الموقع.


تم إجراء البحث في DanStem

الصورة من صنع الأستاذ المساعد جاكلين العامري من مجموعة Semb

من خلال إعادة تلخيص مراحل النمو الرئيسية التي تحدث أثناء التطور الطبيعي للبنكرياس ، يمكن توجيه الخلايا الجذعية البشرية متعددة القدرات (hPSCs) في النهاية إلى خلايا بيتا الناضجة المنتجة للأنسولين. تصور اللوحة السفلية صورة حقل ساطع لـ hPSCs غير متمايزة (الصورة اليسرى) التي تم توجيهها إلى مرحلة وسيطة تتكون من أسلاف البنكرياس (PPs ، صورة الفلورة الوسطى) التي لديها القدرة على تكوين جميع الخلايا الموجودة في البنكرياس بما في ذلك خلايا بيتا (صورة الفلورة اليمنى). الأستاذ هنريك سمب ومجموعته تخطط حاليًا لمرحلة 1/2 تجربة لاختبار سلامة وفعالية الخلايا التي تعبر عن الأنسولين المشتق من hPSC والمشتقة في مختبرنا. علاوة على ذلك ، فهم يعملون على تطوير طرق لتوسيع PPs بغرض استخدامها كسكان خلية بداية لإنتاج خلايا بيتا.

المجموعة برئاسة البروفيسور آن جرابين بوتون يركز على فهم تأثير البنية الخلوية والأعضاء على خيارات مصير الخلايا في البنكرياس وكيف يتم دمج هذه المعلومات مع إشارات الخلية للتحكم في تمايز الخلايا إلى أنواع خلايا أكثر تخصصًا. الهدف العام هو الحصول على نظرة ثاقبة جديدة في المتلازمات البشرية التي تعوق نمو البنكرياس وتوجيه توليد خلايا بيتا وظيفية منتجة للأنسولين لعلاج السكري في المستقبل على أساس الخلايا. الهندسة المعمارية ثلاثية الأبعاد مهمة لتمايز الخلايا في البنكرياس. ومع ذلك ، عادة ما يتم تطبيق البروتوكولات الحالية التي تهدف إلى توجيه تمايز الخلايا الجذعية الجنينية إلى خلايا بيتا على الخلايا التي تزرع في الجزء السفلي من طبق في بعدين. نجحت المجموعة في تطوير نظام زراعة في المختبر يؤدي إلى التنظيم الذاتي ثلاثي الأبعاد للبنكرياس المصغر من أسلاف متفرقة. الخلايا السلفية هي نسل مبكر للخلايا الجذعية ، والتي يمكن أن تتوسع بشكل هائل ولكن ليس إلى أجل غير مسمى. يمكن أن تشكل هذه الخلايا العديد من أنواع خلايا البنكرياس.

مجموعة Serup يركز بحثهم على علم الأحياء التطوري للبنكرياس بهدف عام هو فهم أحداث الإشارات التي تنظم نمو وتمايز أنواع خلايا البنكرياس مع التركيز بشكل خاص على خلايا بيتا المنتجة للأنسولين. تهتم المجموعة بشكل خاص بمسار إشارات Notch. تشير الأعمال الأخيرة من البروفيسور بال سيروب ومجموعته إلى أن فهم اتجاه الإشارات وكذلك النافذة (النوافذ) الزمنية التي تعمل من خلالها أعمال Notch ستكون مفيدة لإنشاء بروتوكولات لتوليد خلايا بيتا تعمل بكامل طاقتها من الخلايا الجذعية الجنينية البشرية.


النقاط الرئيسية

علاج نهائي لمرض السكري من النوع الأول (T1DM) سيعالج كلاً من عجز الخلايا واستجابة المناعة الذاتية للخلايا التي تعبر عن الأنسولين

تم الحصول على الخلايا التي تفرز الأنسولين من خلال تمايز الخلايا الجذعية سواء من أصل جنيني أو بالغ ، بالإضافة إلى خلايا مُعاد برمجتها وراثيًا ومتحولة التمايز

أكثر بروتوكولات التمايز فعالية لاشتقاق الخلايا التي تعبر عن الأنسولين تلخص التطور الجنيني الطبيعي

ساعدت معرفة عوامل النسخ التي تنظم تطور البنكرياس الجنيني في تقييم الاستراتيجيات المختلفة المستخدمة للحصول على خلايا

استخدمت التجارب السريرية خلايا انسجة اللحمة المتوسطة المشتقة من نخاع العظم وخلايا دم الحبل السري لقمع الاستجابة المناعية لدى مرضى T1DM.

على الرغم من استمرار التحديات ، فإن إمكانية العلاج الفعال بالخلايا الجذعية لـ T1DM هدف واقعي في المستقبل المنظور


الملخص

زادت حالات داء السكري من النوع 2 بشكل ملحوظ في السنوات الأخيرة. يجمع الباحثون في جميع أنحاء العالم بين معرفتهم بالبيولوجيا والطب وهندسة الأنسجة والتكنولوجيا الدقيقة لتطوير علاجات فعالة جديدة. يتمثل أحد الجوانب المهمة للبحث الحالي في تطوير نموذج كامل لجزر البنكرياس ثلاثية الأبعاد لاختبار العوامل المختلفة التي تؤثر على تطور المرض وتقييم العلاجات والأدوية الجديدة. سمحت عدة طرق بتطوير نماذج بحثية ثلاثية الأبعاد. يعد استخدام أنظمة Lab-on-a-chip مع الهندسة المجهرية المناسبة حلاً واعدًا للمشكلات الكبيرة. يسمح هذا الجهاز بتطوير منصة كاملة تعكس الظروف السائدة في الجسم. تُستخدم منصات عضو على رقاقة بنجاح بشكل رئيسي في دراسات أمراض الرئة والقلب والكبد. تقدم هذه المراجعة الحالة الحالية للمعرفة حول إنشاء هياكل جزيرة البنكرياس ثلاثية الأبعاد في كل من أنظمة ميكروفلويديك وميكروفلويديك. نسلط الضوء على أهم جوانب تطوير هندسة هذه الأجهزة. نناقش أيضًا طرق الكشف التحليلي المناسبة للكشف عن الهرمونات التي يتم إفرازها من جزر البنكرياس ، ويمكن استخدامها ، جنبًا إلى جنب مع أنظمة Lab-on-a-chip المناسبة ، كنظام التحليل الكلي الجزئي (μTAS).


الخلايا الجذعية الكبدية

تعد الخلايا الجذعية / السلفية البالغة من أنسجة الكبد مصدرًا جيدًا لصنع الخلايا المنتجة للأنسولين ، حيث يشترك الكبد والبنكرياس في خلايا سليفة ثنائية الإمكانيات داخل الأديم الباطن الجنيني. أظهرت العديد من الدراسات أنه يمكن تمييز خلايا الكبد البالغة وخلايا الكبد الجنينية البشرية والخلايا الجذعية الكبدية إلى خلايا منتجة للأنسولين عن طريق التعبير القسري عن عوامل نسخ خلايا بيتا و / أو التلاعب بالبيئة المكروية الخارجية.

جين وآخرون. ذكرت مؤخرًا أنه عندما تم نقل الخلايا السلفية الطلائية للكبد الخالدة ، المشتقة من الكبد المتجدد ، بثبات باستخدام Pdx-1 ، متبوعًا بالعلاج بعوامل نمو مختلفة ، فإنها تفرقت إلى خلايا معبرة عن الأنسولين. تفرز هذه الخلايا الأنسولين استجابةً للجلوكوز ، وقد أدى زرع هذه الخلايا إلى تحسين مرض السكري في الفئران المصابة بداء السكري التي يسببها STZ (24). التعبير خارج الرحم عن Pdx-1 في كبد الفئران الناجم عن تعبير الأنسولين وتحسن مرض السكري الناجم عن STZ (25). أدى التعبير عن Pdx1-VP16 ، وهو الشكل النشط التأسيسي لـ Pdx-1 ، في الكبد مع NeuroD أو Ngn-3 ، بشكل أكثر كفاءة إلى تمايز خلايا الكبد إلى خلايا معبرة للأنسولين (26).

الخلايا الجذعية البيضاوية الكبدية للجرذان ، والتي يمكن أن تتمايز إلى خلايا كبدية وظهارة القناة الصفراوية ، تتمايز إلى خلايا غدد صماء البنكرياس عند زراعتها في بيئة عالية الجلوكوز ، وتفرز الأنسولين استجابة للجلوكوز ، ولديها القدرة على عكس ارتفاع السكر في الدم في مرض السكري الذي يسببه STZ / NOD / الفئران الخبيثة (27). يمكن أن تتحول خلايا سلف الكبد الجنينية البشرية التي تعبر عن Pdx-1 إلى خلايا تعبر عن الأنسولين (28).


مراجعة المادة

/> نازيا بارفين و /> سانجيتا داوان *
  • قسم البحوث التحويلية والعلاجات الخلوية ، معهد آرثر ريجز لأبحاث السكري والأيض ، مدينة الأمل ، دوارتي ، كاليفورنيا ، الولايات المتحدة

تلعب خلايا بيتا البنكرياس دورًا رئيسيًا في تنظيم توازن الجلوكوز عن طريق إفراز هرمون الأنسولين. يمكن أن يؤدي فشل خلايا بيتا بسبب انخفاض الوظيفة والكتلة ونقص الأنسولين الناتج عن خلل في التحكم في نسبة السكر في الدم ، مما يؤدي إلى الإصابة بمرض السكري. يعد التنظيم اللاجيني عن طريق مثيلة الحمض النووي أمرًا أساسيًا لتشكيل أنماط التعبير الجيني التي تحدد النمط الظاهري لخلية بيتا الوظيفية بالكامل وتنظم نمو خلايا بيتا. يوجه إنشاء مثيلة الحمض النووي الخاصة بالمرحلة تمايز خلايا بيتا أثناء نمو الجنين ، بينما يضمن الاستعادة المخلصة لهذه التوقيعات أثناء تكرار الحمض النووي الحفاظ على هوية خلية بيتا ووظيفتها في حياة ما بعد الولادة. تتفاعل شبكات عامل النسخ الخاصة بالنسب مع الحمض النووي الميثلي في مناطق جينومية معينة لتعزيز الخصوصية التنظيمية وضمان استقرار أنماط التعبير الجيني. Recent genome-wide DNA methylation profiling studies comparing islets from diabetic and non-diabetic human subjects demonstrate the perturbation of beta cell DNA methylation patterns, corresponding to the dysregulation of gene expression associated with mature beta cell state in diabetes. This article will discuss the molecular underpinnings of shaping the islet DNA methylation landscape, its mechanistic role in the specification and maintenance of the functional beta cell phenotype, and its dysregulation in diabetes. We will also review recent advances in utilizing beta cell specific DNA methylation patterns for the development of biomarkers for diabetes, and targeting DNA methylation to develop translational approaches for supplementing the functional beta cell mass deficit in diabetes.


Concluding remarks

It is becoming increasingly apparent that mitochondrial dysfunction is associated with many different clinical defects. As there is currently no reliable therapeutic that can rescue mitochondrial function, we should welcome all advances that are grounded in thorough research. Numerous reports indicate that defects can apparently be ameliorated by either endogenous or exogenous mitochondrial transplantation. We should consider these approaches with an open mind, providing the supporting data have been thoroughly validated. For patients with a poor prognosis, such as those children with Pearson's syndrome, it is argued that any treatment that shows any potential of success could be considered even if we may not understand exactly how the procedure works. The key to progress is that we must be convinced that the treatment is indeed working. It will certainly be interesting to follow the outcome of this trial.


شاهد الفيديو: How to replace headlight lamp on Opel Astra G II? Replacing the dismantling of the bulb headlight (كانون الثاني 2022).