Co je příčinou diabetu typu 1? Proč vědci mapují buňky, aby zjistili

Lidské tělo tvoří asi 100 bilionů buněk. Nová mega-vědecká snaha bude katalogizovat a zobrazovat každý z 200 nebo více typů buněk z 80 známých orgánů a identifikovat geny, které jsou v těchto buňkách aktivní.

Toto nové úsilí následuje na patách projektu Lidský genom, který pohltil biologii v 90. letech a počátkem dvacátých let. Vědci nyní vymysleli novou a vzrušující výzvu: vytvořit buněčnou mapu celého lidského těla, projekt nazvaný Lidský biologický molekulární atlasový program nebo HuBMAP. University of Florida je jedním z pěti zúčastněných center mapování tkání. V centru UF jsme pověřeni mapováním brzlíku, lymfatické uzliny a sleziny - všech klíčových složek imunitního systému.

Studoval jsem cukrovku typu 1, nebo juvenilní diabetes, téměř 35 let, a spolu s dalšími kolegy z Ústavu diabetiků UF jsem se snažil najít způsob, jak tuto nemoc předcházet a léčit. To bylo až donedávna výzvou, protože jsme nevěděli, co způsobilo diabetes typu 1.

Naším cílem jako centra pro mapování tkání je identifikovat jedinečné typy buněk, které proteiny produkují a které geny jsou zapnuty, a vytvořit virtuální trojrozměrný model každého orgánu. Tato mapa bude informovat o výzkumu mnoha nemocí, včetně diabetu 1. typu.

Proč je pochopení příčin diabetu typu 1 důležité?

Víme, že diabetes typu 1 je takzvaná „autoimunitní porucha“. U diabetu 1. typu se předpokládá, že imunitní buňky známé jako „T lymfocyty“ zničí beta buňky pankreatu, které jsou zodpovědné za produkci inzulínu, který reguluje hladinu cukru v naší krvi.

Přesně před více než deseti lety, když jsem frustrovaný neschopností předcházet a léčit nemoc, jsem začal iniciativu sbírat lidské pankreasy od dárců orgánů s diabetem 1. typu, stejně jako těch, kteří neměli nemoc. Druhá skupina byla shromážděna, aby poskytla pochopení „normálního“ zdravého slinivky břišní. Doposud jsme sbírali slinivku od více než 500 jedinců. Tyto tkáně jsme distribuovali přibližně 230 projektům ve 21 zemích světa. Výsledky tohoto úsilí vedly k novým objevům, které přepsaly naše chápání toho, jak se toto onemocnění vyvíjí.

Pacienti s diagnózou diabetu typu 1, přibližně 25 000 pacientů ročně v USA, čelí celoživotní závislosti na denních injekcích inzulínu, aby přežili a měli vysoké riziko vzniku dlouhodobých zdravotních komplikací, včetně slepoty, onemocnění ledvin, otupění nohou, končetin. amputace a kardiovaskulární onemocnění. Odhaduje se, že s touto poruchou žije v USA téměř 1,25 milionu lidí.

Vzhledem k tomu, že tyto komplikace jsou pro jedince s touto nemocí rozrušující, možná ještě více skličující jsou četné faktory každodenního životního stylu, které musí být kontrolovány nebo vysvětleny pro udržení kontrolované nemoci: monitorování sacharidů, odhad cvičení, hodnocení hladiny cukru v krvi a podávání inzulínu aby se zabránilo jak vysokým, tak nízkým hladinám glukózy v krvi. Ty představují jen několik z každodenních problémů spojených s onemocněním.

Z těchto důvodů bylo cílem našeho kolektivního výzkumného úsilí v UF Diabetes Institute vždy porozumět tomu, co toto onemocnění způsobuje. Vědět, že by nám to umožnilo předpovědět, kdo je v ohrožení, identifikovat způsoby, jak zabránit rozvoji onemocnění a vyvinout léčebnou terapii.

Proč studovat tyto orgány?

Diabetes typu 1 je jedním z více než 80 známých autoimunitních onemocnění, která z neznámých důvodů se imunitní systém obrací proti sobě. Kromě autoimunity jsou imunitní reakce také klíčovou složkou zdraví, pokud jde o boj proti rakovině a infekčním onemocněním. Z našich zkušeností, studia slinivky břišní a diabetu typu 1 vidíme velké pokroky v pochopení úlohy imunity v každém z těchto nastavení pomocí mapování. To umožní hluboký ponor, jak funguje imunitní systém.

U zdravého jedince se T-buňky stávají aktivními pouze tehdy, když reagují na infekční nebo rakovinné buňky. U pacientů s predispozicí k autoimunitním onemocněním se však mohou některé T-buňky stát chybně aktivovanými „vlastními“ proteiny, což je vede ke zničení zdravé tkáně.

Za jiných okolností - jako je rakovina nebo infekční onemocnění - imunitní systém neposkytuje dostatečně účinnou odezvu, aby byl účinný. Nebo buňky imunitního systému nekontrolovatelně proliferují, což vede k rakovině krve a lymfatického systému, jako je lymfom a leukémie. To je důvod, proč jsou brzlík, slezina a lymfatické uzliny zajímavé tkáně pro ty, kteří studují zdravý lidský imunitní systém. Výzkumní pracovníci musí pochopit zdravou základní linii pro všechny tyto orgány, abychom mohli rozpoznat, kdy věci začínají selhávat a měnit, což vede k autoimunitním onemocněním, rakovině a infekčním onemocněním. Vyjádřený jiným způsobem, musíme nejprve pochopit, co představuje normální lymfatický systém v průběhu celého lidského života.

Proč je definování normální důležité?

Možná se divíte, kde přesně tyto normální buňky dostáváme. Jak jsme v uplynulých 11 letech udělali, získáme lidské tkáně transplantačních orgánů od zesnulých dárců orgánů prostřednictvím organizací pro odběr orgánů poté, co rodinný příslušník nebo právní exekutor poskytne informovaný souhlas. Tyto vzácné anatomické dary, které v případě sleziny, brzlíku a lymfatické uzliny nejsou použitelné pro transplantační procedury zachraňující život, poskytují v době truchlení nenapodobitelný zdroj vědeckého výzkumu a objevování.

Do těchto počátečních studií budou zahrnuty pouze tkáně považované za „normální“ - neovlivněné známými nebo pozorovatelnými patologiemi. Budeme sbírat tkáně od dárců od dětí až po dospělé do 70 let. Doufáme, že to poskytne vhled do toho, jak věk mění typy a zdraví všech buněk v každém orgánu.

V UF Diabetes Institute bude spolupracovat multidisciplinární tým zahrnující buněčné a molekulární biology, hematopatology, kteří studují klinické lymfatické vzorky, biomedicínské inženýry, imunology a mnoho dalších pro program HuBMAP. Centrum pro tkáňové mapování UF bude ve velké míře spolupracovat s globální sítí odborníků na špičkovou mikroskopii a sběr dat.

Vytváříme zobrazovací potrubí pro detekci desítek molekul proteinů a RNA, které charakterizují nerv, krevní cévy, podpůrnou tkáň známou jako stroma, a imunitní buňky z řezů tkáně pomocí osmi různých forem mikroskopie.

V prvních dvou letech HuBMAP plánujeme zmapovat slezinu, brzlík a lymfatické uzliny z 11 dárců orgánů.

Předpokládáme, že výsledná data odhalí nové buněčné typy, molekulární a buněčné struktury, interakce mezi buňkami a jejich funkční důsledky v lidské anatomii a fyziologii. Očekává se tedy, že třírozměrný program lidského biomolekulárního atlasu s vysokým rozlišením usnadní průzkum.

Jak jsem zasáhl své pozdní 50. let v životě, počet kolegů, přátel a členů rodiny, kteří jsou ovlivněni nemocí, ročně roste. Nedávno jsem se také stal dědečkem. Chtěl bych si myslet, že to, co navrhujeme, bude mít dramatický dopad na lidské zdraví pro současné i budoucí generace. To by byl dar.

Tento článek byl původně publikován na Konverzaci Marka Atkinsona. Přečtěte si originální článek zde.