Jaka jest przyczyna cukrzycy typu 1? Dlaczego naukowcy mapują komórki do znalezienia

Istnieje około 100 bilionów komórek tworzących ludzkie ciało. Nowe mega-naukowe przedsięwzięcie skataloguje i zobrazuje każde z 200 lub więcej typów komórek ze 80 znanych organów i zidentyfikuje geny, które są aktywne w tych komórkach.

Ten nowy wysiłek wynika z projektu Human Genome, który pochłonął biologię w latach 90. i na początku XXI wieku. Teraz naukowcy stworzyli nowe i ekscytujące wyzwanie: stworzyć mapę komórkową całego ludzkiego ciała, projekt o nazwie Human BioMolecular Atlas Program lub HuBMAP. University of Florida jest jednym z pięciu centrów mapujących tkanki. Tutaj w Centrum UF jesteśmy oskarżeni o mapowanie grasicy, węzła chłonnego i śledziony - wszystkich kluczowych składników układu odpornościowego.

Od prawie 35 lat badam cukrzycę typu 1 lub cukrzycę młodzieńczą i wraz z innymi kolegami z Instytutu Diabetologii UF staram się znaleźć sposób na zapobieganie i leczenie choroby. To było wyzwanie do niedawna, ponieważ nie wiedzieliśmy, co spowodowało cukrzycę typu 1.

Naszym celem jako centrum mapowania tkanek jest identyfikacja unikalnych typów komórek, które wytwarzają białka i które geny są włączone, oraz zbudowanie wirtualnego trójwymiarowego modelu każdego narządu. Ta mapa będzie informować o badaniach wielu chorób, w tym cukrzycy typu 1.

Dlaczego zrozumienie przyczyn cukrzycy typu 1 Ważne?

Wiemy, że cukrzyca typu 1 jest tak zwanym „zaburzeniem autoimmunologicznym”. W cukrzycy typu 1 uważa się, że komórki odpornościowe znane jako „limfocyty T” niszczą komórki beta trzustki, które są odpowiedzialne za wytwarzanie insuliny, która reguluje poziom cukru w naszej krwi.

Nieco ponad dziesięć lat temu, sfrustrowany niezdolnością do zapobiegania i leczenia choroby, podjąłem inicjatywę zbierania ludzkich trzustek od dawców narządów z cukrzycą typu 1, jak również bez tych chorób. Ta ostatnia grupa została zebrana w celu zrozumienia „normalnej” zdrowej trzustki. Do tej pory zebraliśmy trzustkę od ponad 500 osobników. Rozprowadziliśmy te tkanki do około 230 projektów w 21 krajach na całym świecie. Wyniki tych wysiłków doprowadziły do ​​nowych odkryć, które zmieniły naszą wiedzę na temat rozwoju tej choroby.

Pacjenci, u których zdiagnozowano cukrzycę typu 1, około 25 000 rocznie w samych Stanach Zjednoczonych, są narażeni na codzienne uzależnienie od codziennych zastrzyków z insuliny, aby przeżyć i mają wysokie ryzyko rozwoju długoterminowych powikłań medycznych, w tym ślepoty, choroby nerek, zdrętwiałych stóp, kończyn amputacje i choroby układu krążenia. Obecnie szacuje się, że blisko 1,25 miliona ludzi w USA żyje z tym zaburzeniem.

Tak denerwujące, jak te komplikacje są dla osób cierpiących na tę chorobę, być może jeszcze bardziej zniechęcające są liczne codzienne czynniki stylu życia, które muszą być kontrolowane lub brane pod uwagę w celu utrzymania choroby w ryzach: monitorowanie węglowodanów, szacowanie aktywności fizycznej, ocena poziomu cukru we krwi i podawanie insuliny aby uniknąć zarówno wysokiego, jak i niskiego poziomu glukozy we krwi. To tylko kilka codziennych wyzwań związanych z chorobą.

Z tych powodów celem naszych wspólnych badań w Instytucie Diabetologii UF zawsze było zrozumienie przyczyn tej choroby. Wiedza, która pozwoli nam przewidzieć, kto jest zagrożony, zidentyfikować sposoby zapobiegania postępowi choroby i opracować terapię leczniczą.

Dlaczego warto studiować te organy?

Cukrzyca typu 1 jest jedną z ponad 80 znanych chorób autoimmunologicznych, które z nieznanych przyczyn układ odpornościowy obraca się przeciwko sobie. Poza reakcją autoimmunologiczną, reakcje immunologiczne są również kluczowym składnikiem zdrowia pod względem walki z rakiem i chorobami zakaźnymi. Z naszych doświadczeń, badając cukrzycę trzustki i typu 1, widzimy ogromne postępy w zrozumieniu roli odporności w każdym z tych ustawień poprzez mapowanie. Pozwoli to na głębokie zanurzenie w działaniu układu odpornościowego.

U zdrowego osobnika limfocyty T stają się aktywne tylko w odpowiedzi na infekcję lub komórki nowotworowe. Ale u osób predysponowanych do choroby autoimmunologicznej niektóre komórki T mogą zostać błędnie aktywowane przez białka „własne”, co prowadzi do zniszczenia zdrowej tkanki.

W innych okolicznościach - takich jak rak lub choroba zakaźna - układ odpornościowy nie zapewnia wystarczająco silnej odpowiedzi, aby był skuteczny. Lub komórki układu odpornościowego rozmnażają się w sposób niekontrolowany, co prowadzi do nowotworów krwi i limfatycznych, takich jak chłoniak i białaczka. Dlatego grasica, śledziona i węzeł chłonny są interesującymi tkankami dla osób badających zdrowy ludzki układ odpornościowy. Naukowcy muszą zrozumieć zdrowy stan wyjściowy wszystkich tych narządów, abyśmy mogli rozpoznać, kiedy zaczynają działać nieprawidłowo i zmieniać się, co prowadzi do chorób autoimmunologicznych, raka i chorób zakaźnych. Wyrażając to w inny sposób, najpierw musimy zrozumieć, co stanowi normalny układ limfatyczny w ciągu całego życia człowieka.

Dlaczego definiowanie normalne jest ważne?

Możesz się zastanawiać, gdzie dokładnie otrzymujemy te normalne komórki. Jak zrobiliśmy w ciągu ostatnich 11 lat, uzyskamy ludzkie tkanki z przeszczepów od zmarłych dawców narządów za pośrednictwem Organizacji Zamówień Organów, po tym, jak członek rodziny lub wykonawca prawny wyrazi świadomą zgodę. Biorąc pod uwagę żałobę, te cenne dary anatomiczne, które w przypadku śledziony, grasicy i węzłów chłonnych nie nadają się do ratujących życie procedur transplantacyjnych, stanowią nieocenione źródło badań naukowych i odkryć.

Jedynie tkanki uznane za „normalne” - niewrażliwe na znane lub możliwe do zaobserwowania patologie - zostaną włączone do tych wstępnych badań. Będziemy zbierać tkanki od dawców, od niemowląt po dorosłych do 70 lat. Mamy nadzieję, że zapewni to wgląd w to, jak wiek zmienia typy i zdrowie wszystkich komórek w każdym narządzie.

W UF Diabetes Institute zespół multidyscyplinarny obejmujący biologów komórkowych i molekularnych, hematopatologów, którzy badają kliniczne próbki limfatyczne, inżynierów biomedycznych, immunologów i wielu innych, będzie współpracować w ramach programu HuBMAP. Rzeczywiście, centrum mapowania tkanek UF będzie intensywnie współpracować ze światową siecią ekspertów w dziedzinie mikroskopii i gromadzenia danych.

Tworzymy potok obrazowania, aby wykryć dziesiątki cząsteczek białka i RNA, które charakteryzują nerw, naczynie krwionośne, tkankę podtrzymującą znaną jako podścielisko i komórki odpornościowe z plastrów tkanki, stosując osiem różnych form mikroskopii.

W pierwszych dwóch latach HuBMAP planujemy mapowanie śledziony, grasicy i węzła chłonnego od 11 dawców narządów.

Oczekujemy, że uzyskane dane ujawnią nowe typy komórek, struktury molekularne i komórkowe, interakcje komórka-komórka i ich funkcjonalne implikacje w anatomii i fizjologii człowieka. Dlatego oczekuje się, że trójwymiarowy program Human BioMolecular Atlas o wysokiej rozdzielczości ułatwi odkrywanie.

Gdy trafiłem w moje 50-letnie życie, liczba współpracowników, przyjaciół i członków rodziny, na którą wpływa choroba, wzrasta rocznie. Niedawno zostałem dziadkiem. Chciałbym pomyśleć, że to, co proponujemy, będzie miało ogromny wpływ na zdrowie ludzkie zarówno obecnych, jak i przyszłych pokoleń. To byłby dawny prezent.

Ten artykuł został pierwotnie opublikowany w Rozmowie Marka Atkinsona. Przeczytaj oryginalny artykuł tutaj.