Диабетът е опустошително заболяване, което засяга милиони хора по целия свят. Основните форми на заболяването са диабет тип 1 и тип 2.
При диабет тип 1 имунната система на организма анормално унищожава произвеждащите инсулин бета-клетки (b-клетки) на панкреаса. Диабетът тип 2, който е по-често срещаната форма, се характеризира както с инсулинова резистентност, така и с това, че различни тъкани в организма вече не реагират правилно на инсулиновото действие и чрез последващо прогресивно намаляване на функцията на бета -клетките до точката, вече не произвеждат достатъчно допълнителен инсулин, за да преодолеят инсулиновата резистентност. Изследователите активно изследват клетъчната заместителна терапия, като потенциална стратегия за лечение на диабет тип 1, тъй като пациентите с тази болест са загубили цялата или почти цялата бета -клетъчна функция. Ако обаче са разработени безопасни и рентабилни средства за попълване на бета -клетки, такава стратегия за лечение може да бъде полезна и за по-голямата популация с диабет тип 2. Едно от основните предизвикателства на клетъчната заместителна терапия е сегашното недостатъчно количество б-клетки от донори на човешки органи. Тази статия се фокусира върху стволовите клетки като потенциални източници за извличане на нови бета-клетки.
Диабетът: критичен проблем за здравето през 21-ви век
Според Международната федерация по диабет, болестта в момента засяга 7% от населението на света, което е близо 250 милиона души по света. Очаква се тази сума да нарасне до 380 милиона души до 2025 година в резултат на застаряващото население, промяна в начина на живот и неотдавнашно увеличение в световен мащаб на затлъстяването. Въпреки че прогнозите за увеличаване на разпространението на диабет показват, че най-голям процент ще се наблюдава в Азия и Южна Америка, при всички нации ще се усети нарастващо заболяване, според Националния диагностичен доклад за диабета, който е съставен с информация от Центровете за диагностика.
Според Националния диагностичен доклад за диабета, който е съставен с информация от Центровете за контрол и превенция на заболяванията и други, 20,8 милиона американски деца и възрастни имат диабет (6,2 милиона, от които понастоящем не са диагностицирани). Че 54 милиона американци имат състояние на „преддиабет” е определено от нивата на кръвната захар, които са над нормалните, но не са достатъчно високи, за да бъдат диагностицирани, като диабет. През 2005 г. са диагностицирани 1,5 милиона нови случаи на диабет при американци на възраст 20 или повече години. Ако тенденциите продължат, всеки 1 от 3 американци (1 от 2 малцинства), родени през 2000 г., ще развият диабет през живота си.
Диабетът понастоящем е шестата водеща причина за смърт в САЩ. Той е свързан с множество здравни усложнения, включително повишен риск от сърдечни заболявания, инсулт, бъбречни заболявания, слепота и ампутации. През 2007 г. общата годишна икономическа цена на диабета се оценява на 174 млрд. долара. Преките медицински разходи представляват огромното мнозинство от тази сума (116 млрд. долара), въпреки че загубата на производителност и други косвени разходи са достигнали близо $ 58 млрд. Американската асоциация по диабет изчислява, че един на всеки 10 долара за здравеопазване, се използва за диабет и усложненията,които той предизвиква.
Докато диабетът може да бъде управляван в момента, той все още не може да бъде излекуван. В резултат на това той е заболяване, което може да окаже сериозно въздействие върху качеството на живот на засегнатите. Въз основа на няколко скорошни открития обаче изследователите са започнали да задават въпроса дали на хоризонта е нов подход на лечение – могат ли стволовите клетки, получени от възрастни или ембрионални тъкани, да генерират нови панкреатични бета -клетки, за да заменят тези, които не са успели или са били унищожени? Клетъчната заместителна терапия е една от многото научни подходи, които се преследват, като потенциална терапевтична стратегия за диабет тип 1. Стратегията може да има и последици за облекчаване на диабет тип 2. Едно от ключовите пречки пред подобряването на тази терапия е сегашното недостатъчно предлагане на падакредна донорна панкреаса като източник на клетки за трансплантация. Освен това понастоящем не е възможно да се индуцират собствени клетки на пациента, които да регенерират нови В-клетки в тялото. По този начин изследователите активно търсят потенциални източници на нови бета- клетки, включително различни видове стволови клетки. Тази статия ще се съсредоточи върху различните видове стволови клетки, които са кандидати за използване при регенериране на панкреаса, и ще обсъди предизвикателствата на използването на такива клетки като терапия за диабет.
Определяне на диабета
Диабетът се дължи на неспособността на организма да регулира концентрацията на захар (глюкоза) в кръвта. Концентрацията на кръвна глюкоза се модулира от инсулин, хормон, произвеждан от панкреатични b-клетки и отделен в кръвния поток за поддържане на хомеостазата. При здрави индивиди, В-клетките противодействат на рязкото увеличаване на кръвната глюкоза, като тези, причинени от хранене, чрез отделяне на първоначален „скок“ на инсулин в рамките на няколко минути след глюкозното предизвикване. Това остро освобождаване след това е последвано от по-продължително освобождаване, което може да продължи няколко часа, в зависимост от персистирането на повишената концентрация на глюкоза в кръвта. Освобождаването на инсулин постепенно намалява, тъй като концентрацията на глюкозата в стационарно състояние на тялото се възстановява. Когато б-клетките не успяват да произвеждат достатъчно инсулин, за да отговорят на регулаторните нужди, концентрацията на глюкоза в кръвта се повишава. Тази повишена концентрация налага метаболитна тежест върху многобройни системи на тялото, което значително увеличава риска от преждевременно сърдечно-съдово заболяване, инсулт и бъбречна недостатъчност. Освен това рискът от усложнения, свързани с диабета, се увеличава дори при концентрации на кръвна захар под прага за диагностициране на диабета.
Понастоящем няма лек за диабета. Когато състоянието се прояви, пълната функция обикновено не може да бъде възстановена. Тези с диабет тип 1 изискват пациентите да аплицират синтетичен инсулин под формата на инжекции. Лицата с диабет тип 2 трябва да контролират повишените нива на кръвната си глюкоза чрез различни средства, включително диета и физически упражнения, перорални антихипергликемични средства (понижаващи кръвната захар).
Случаят със стволови клетки
Има голям интерес към разработването на стратегии за разширяване на популацията на функционални б-клетки. Възможните начини за постигане на това включват физическо заместване на б-клетъчната маса чрез трансплантация, увеличаване на репликацията на б-клетки, намаляване на б-клетъчната смърт и извличане на нови б-клетки от подходящи прогениторни клетки.
Тези предизвикателства принудиха изследователите да проучат използването на стволови клетки, като възможна терапевтична възможност. Диабетът тип 1 е подходящ кандидат заболяване за терапия със стволови клетки, тъй като причинно-следственото увреждане е локализирано към конкретен тип клетки. На теория стволови клетки, които могат да се диференцират в b-клетки в отговор на молекулни сигнали в локалната панкреасна среда, могат да бъдат въведени в тялото, където те биха мигрирали към увредената тъкан и да се диференцират, ако е необходимо, за поддържане на подходящата б-клетъчна маса. Алтернативно, могат да бъдат разработени методи за коаксиализиране на стволовите клетки, отгледани в лабораторията, за да се диференцират в б-клетки, продуциращи инсулин. Веднъж изолирани от други клетки, тези диференцирани клетки могат да бъдат трансплантирани в пациента. Като такава, терапията със стволови клетки би благоприятствала пряко хората с диабет тип 1 чрез попълване на В-клетките, които са унищожени от автоимунни процеси, въпреки че все още е необходимо да се намали автоимунното разрушаване на В-клетките. Стратегията би донесла полза и на тези с диабет тип 2 в по-малка степен, чрез заместване на неуспешните б-клетки, въпреки че инсулиновата резистентност в периферните тъкани ще остане в сила. Както е обсъдено в следващите раздели обаче, продължава дебатът за потенциален източник на панкреатични стволови клетки.
Търсенето на „панкреатична стволова клетка“
Панкреасът е сложен орган, съставен от много клетъчни видове. По-голямата част от неговата маса се състои от екзокринна тъкан, която съдържа ацинарни клетки, които отделят ензими на панкреаса в червата, за да подпомогнат храносмилането на храната. Всеки от тези клетъчни типове възниква от типа прекурсорна клетка по време на процеса на развитие. Следователно, ключовата стъпка за използване на стволови клетки за лечение на диабет е да се идентифицират прекурсорните клетки, които в крайна сметка пораждат б-клетките. Създаването на тези клетки обаче е по-сложно, отколкото просто изолиране на хипотетична „панкреатична стволова клетка“. Експериментите показват, че ембрионални и възрастни стволови клетки могат да служат като източници на инсулин-секретиращи клетки. Въпреки това, трябва да се обърне внимание на много предизвикателства, преди да се установи определен тип клетки за този подход.
Човешкото тяло има присъщи механизми за ремонт на увредена тъкан и тези механизми остават активни през целия живот. По този начин има причина да се предполага, че възрастният панкреас може да бъде подпомогнат от някакъв тип регенеративна система, която замества износените клетки и поправя увредената тъкан. Такава система може теоретично да бъде подкрепена от стволови клетки, намиращи се в ендокринния панкреас или другаде. Но съществуват ли тези клетки? Ако е така, как могат да бъдат разпознати, изолирани и култивирани за терапевтична употреба? Колко бързо биха могли да произведат достатъчен брой б-клетки, за да компенсират щетите, причинени от процесите на диабета? Алтернативно, какво ще стане, ако клетките, които имат способността да регенерират б-клетки, съществуват в тялото, но се ангажират да се разграничат в друг вид клетки? Могат ли клетъчните линии на ембрионалните стволови клетки (ES), които имат потенциал да се развият в клетки от всички потомствени линии, след това да бъдат получени ин витро и да бъдат насочени да се диференцират в б-клетки?
Други потенциални източници на стволови клетки
Различни доклади също така описват предполагаеми стволови клетки в черния дроб, далака, централната нервна система и костния мозък, които могат да се диференцират в клетки, произвеждащи инсулин. Макар че е възможно такива пътища да съществуват, тези резултати понастоящем се обсъждат в рамките на Изследователската общност.
За да реализират обещанието за нови клетъчни терапии за такива проникващи и инвалидизиращи заболявания, учените трябва да могат да манипулират стволовите клетки, така че да притежават необходимите характеристики за успешно диференциране, трансплантация и присаждане.
За да обобщим, стволовите клетки предлагат вълнуващо обещание за бъдещи терапии, но съществуват значителни технически препятствия, които ще бъдат преодолени едва след години на интензивно изследване.
