Što je uzrok dijabetesa tipa 1? Zašto znanstvenici mapiraju stanice kako bi ih otkrili

Postoji oko 100 trilijuna stanica koje čine ljudsko tijelo. Novi mega-znanstveni poduhvat će katalogizirati i prikazati svaku od 200 ili više vrsta stanica iz 80 poznatih organa i identificirati gene koji su aktivni u tim stanicama.

Ovaj novi napor slijedi nakon projekta ljudskog genoma koji je zahvatio biologiju tijekom 1990-ih i ranih 2000-ih. Sada su znanstvenici osmislili novi i uzbudljivi izazov: stvoriti staničnu kartu cijelog ljudskog tijela, projekt nazvan Human BioMolecular Atlas Program ili HuBMAP. Sveučilište Florida je jedan od pet centara za mapiranje tkiva. Ovdje u UF Centru zaduženi smo za mapiranje timusa, limfnog čvora i slezene - svih ključnih komponenti imunološkog sustava.

Proučavao sam dijabetes tipa 1, ili juvenilni dijabetes, već gotovo 35 godina, a zajedno s mojim kolegama na Institutu za dijabetes UF pokušavao sam pronaći način da spriječim i izliječim bolest. To je do nedavno bio izazov, jer nismo znali što je uzrokovalo dijabetes tipa 1.

Naš cilj kao centra za kartiranje tkiva je identificirati jedinstvene tipove stanica, koje proteini proizvode, te koji su geni uključeni i izgraditi virtualni trodimenzionalni model svakog organa. Ova će mapa ukazati na istraživanja mnogih bolesti, uključujući dijabetes tipa 1.

Zašto je razumijevanje uzroka dijabetesa tipa 1 važno?

Znamo da je dijabetes tipa 1 tzv. "Autoimuni poremećaj." Kod dijabetesa tipa 1, imunološke stanice poznate kao "T limfociti" smatraju da uništavaju beta stanice gušterače koje su odgovorne za proizvodnju inzulina, koji regulira razinu šećera. u našoj krvi.

Prije nešto više od desetljeća, frustriran nesposobnošću da spriječi i izliječi bolest, pokrenuo sam inicijativu za prikupljanje ljudskih pankreasa od donora organa s dijabetesom tipa 1, kao i onih bez bolesti. Potonja skupina prikupljena je kako bi se dobilo razumijevanje za "normalnu" zdravu gušteraču. Do danas smo prikupili pankreas od više od 500 osoba. Podijelili smo ta tkiva oko 230 projekata u 21 zemlji širom svijeta. Rezultati tih napora doveli su do novih otkrića koja su ponovno napisala naše razumijevanje kako se ta bolest razvija.

Pacijenti kojima je dijagnosticiran dijabetes tipa 1, oko 25.000 godišnje samo u SAD-u, su suočeni s doživotnom ovisnošću o dnevnim injekcijama inzulina kako bi preživjeli i imaju visok rizik od razvoja dugotrajnih medicinskih komplikacija, uključujući sljepoću, bolest bubrega, umrtvljene noge, udove amputacije i kardiovaskularne bolesti. Danas se procjenjuje da gotovo 1,25 milijuna ljudi u SAD-u živi s ovim poremećajem.

Budući da su ove komplikacije uznemirujuće za pojedince s tom bolešću, možda su još više obeshrabrujući mnogi faktori svakodnevnog načina života koji se moraju kontrolirati ili uzeti u obzir da bi se bolest mogla kontrolirati: praćenje ugljikohidrata, procjena vježbanja, procjena razine šećera u krvi i primjena inzulina kako bi se izbjegle visoke i niske razine glukoze u krvi. To su samo neki od dnevnih izazova povezanih s bolešću.

Iz tih razloga, cilj naših zajedničkih istraživanja u Institutu za dijabetes UF-a oduvijek je bio razumjeti što uzrokuje ovu bolest. Znanje koje bi nam omogućilo da predvidimo tko je u opasnosti, identificira načine kako spriječiti napredovanje bolesti i razvije kurativnu terapiju.

Zašto učiti te organe?

Dijabetes tipa 1 je samo jedan od više od 80 poznatih autoimunih bolesti koje se iz nepoznatih razloga okreću protiv sebe. Osim autoimuniteta, imuni odgovori su također ključni sastojak zdravlja u smislu borbe protiv raka i zaraznih bolesti. Iz našeg iskustva, proučavajući gušteraču i dijabetes tipa 1, vidimo velike korake u razumijevanju uloge imuniteta u svakoj od tih postavki kroz mapiranje. To će omogućiti duboko zaronjavanje načina na koji imunološki sustav funkcionira.

Kod zdravih pojedinaca, T stanice postaju aktivne samo kada reagiraju na infekciju ili stanice raka. No, u onih predisponiranih za autoimunu bolest, određene T-stanice mogu postati pogrešno aktivirane "self" proteinima, što ih dovodi do uništavanja zdravog tkiva.

U drugim okolnostima - poput raka ili zarazne bolesti - imunološki sustav ne uspijeva osigurati dovoljno snažan odgovor da bi bio učinkovit. Ili se stanice imunološkog sustava nekontrolirano razmnožavaju, što dovodi do krvnog i limfnog karcinoma poput limfoma i leukemije. Zbog toga su timus, slezena i limfni čvor tkiva od interesa za one koji proučavaju zdrav ljudski imunološki sustav. Istraživači moraju razumjeti zdravu osnovu za sve te organe, tako da možemo prepoznati kada stvari počinju kvariti i mijenjati, što dovodi do autoimunih bolesti, raka i zaraznih bolesti. Izraženo na drugi način, prvo moramo razumjeti što čini normalan limfni sustav tijekom cijelog ljudskog vijeka.

Zašto je definiranje normalnog važnog?

Možda se pitate gdje točno imamo te normalne stanice. Kao što smo to učinili u proteklih 11 godina, ljudska tkiva za presađivanje ćemo dobiti od preminulih davatelja organa kroz organizacije za nabavu organa, nakon što član obitelji ili pravni izvršitelj daju informirani pristanak. S obzirom na vrijeme žalovanja, ovi dragocjeni anatomski darovi, koji u slučaju slezene, timusa i limfnog čvora nisu upotrebljivi za transplantacijske postupke koji spašavaju život, pružaju neponovljiv resurs za znanstvena istraživanja i otkrića.

Samo tkiva koja se smatraju „normalnim“ - koja nisu pod utjecajem poznatih ili vidljivih patologija - bit će uključena u ove početne studije. Mi ćemo prikupljati tkiva od donatora u rasponu od dojenčadi do odraslih do 70 godina. Nadamo se da će to pružiti uvid u to kako dob mijenja vrste i zdravlje svih stanica u svakom organu.

Na Institutu za dijabetes UF-a multidisciplinarni tim koji uključuje stanične i molekularne biologe, hematopatologe koji proučavaju kliničke limfne uzorke, biomedicinske inženjere, imunologe i mnoge druge, surađivat će na HuBMAP programu. Doista, centar za kartiranje tkiva UF-a intenzivno će surađivati ​​s globalnom mrežom stručnjaka za najmoderniju mikroskopiju i prikupljanje podataka.

Uspostavljamo cjevovod za snimanje kako bismo otkrili desetke molekula proteina i RNA koje karakteriziraju živac, krvne žile, potporno tkivo poznato kao stroma, i imunološke stanice iz komada tkiva, koristeći osam različitih oblika mikroskopije.

Unutar prve dvije godine HuBMAP-a planiramo mapirati slezenu, timus i limfni čvor od 11 davatelja organa.

Očekujemo da će dobiveni podaci otkriti nove tipove stanica, molekularne i stanične strukture, stanično-stanične interakcije i njihove funkcionalne implikacije u ljudskoj anatomiji i fiziologiji. Stoga se očekuje da će trodimenzionalni program humanog molekularnog atlasa visoke rezolucije olakšati otkrivanje.

Kao što sam pogodio svoje kasne 50-te u životu, broj kolega, prijatelja i članova obitelji koji su pod utjecajem bolesti povećava se godišnje. Nedavno sam postao i djed. Htjela bih razmisliti o tome što ćemo predložiti učiniti dramatičnim utjecajem na ljudsko zdravlje i za sadašnje i za buduće generacije. To bi bio nasljedni dar.

Ovaj članak je izvorno objavljen na razgovoru Marka Atkinsona. Pročitajte izvorni članak ovdje.