Čo je príčinou diabetu typu 1? Prečo vedci mapujú bunky, aby zistili

Existuje asi 100 biliónov buniek, ktoré tvoria ľudské telo. Nové mega-vedecké úsilie bude katalogizovať a zobrazovať každý z 200 alebo viacerých typov buniek z 80 známych orgánov a identifikovať gény, ktoré sú aktívne v týchto bunkách.

Toto nové úsilie nadväzuje na päty projektu Human Genome Project, ktorý zapríčinil biológiu v deväťdesiatych rokoch a začiatkom 21. storočia. Teraz vedci vytvorili novú a vzrušujúcu výzvu: vytvoriť celulárnu mapu celého ľudského tela, projekt nazvaný Ľudský Biomolekulárny Atlas Program, alebo HuBMAP. University of Florida je jedným z piatich zúčastnených centier mapovania tkanív. Tu v centre UF sme poverení mapovaním týmusu, lymfatických uzlín a sleziny - všetkých kľúčových zložiek imunitného systému.

Už takmer 35 rokov študujem diabetes typu 1 alebo juvenilný diabetes a spolu s ďalšími kolegami z inštitútu UF Diabetes Institute som sa snažil nájsť spôsob, ako predchádzať chorobám a liečiť ich. Toto bolo až donedávna výzvou, pretože sme nevedeli, čo spôsobilo diabetes typu 1.

Našim cieľom ako centra mapovania tkanív je identifikovať jedinečné typy buniek, ktoré produkujú proteíny a ktoré gény sú zapnuté a vytvoriť virtuálny trojrozmerný model každého orgánu. Táto mapa bude informovať o výskume mnohých chorôb, vrátane cukrovky 1. typu.

Prečo je pochopenie príčin diabetu typu 1 dôležité?

Vieme, že diabetes typu 1 je takzvaná „autoimunitná porucha“. Pri diabete typu 1 sa predpokladá, že imunitné bunky známe ako „T lymfocyty“ ničia beta bunky pankreasu, ktoré sú zodpovedné za produkciu inzulínu, ktorý reguluje hladinu cukru v našej krvi.

Len pred viac ako desiatimi rokmi, frustrovaný neschopnosťou predchádzať a liečiť chorobu, som začal iniciatívu zbierať ľudské pankreasy od darcov orgánov s cukrovkou 1. typu, ako aj tých, ktorí ochoreli. Druhá skupina sa zozbierala, aby sa zabezpečilo pochopenie „normálneho“ zdravého pankreasu. K dnešnému dňu sme zbierali pankreas od viac ako 500 jedincov. Tieto tkanivá sme distribuovali približne 230 projektom v 21 krajinách po celom svete. Výsledky tohto úsilia viedli k novým objavom, ktoré prepracovali naše chápanie toho, ako sa táto choroba vyvíja.

Pacienti s diagnózou diabetu typu 1, približne 25 000 ročne v USA, čelia celoživotnej závislosti na denných injekciách inzulínu, aby prežili a majú vysoké riziko vzniku dlhodobých zdravotných komplikácií vrátane slepoty, ochorenia obličiek, numb feet, limb. amputácie a kardiovaskulárne ochorenia. Odhaduje sa, že s touto poruchou žije v USA takmer 1,25 milióna ľudí.

Vzhľadom na to, že tieto komplikácie sú pre jednotlivcov s touto chorobou znepokojujúce, možno ešte viac skľučujúce sú mnohé faktory každodenného životného štýlu, ktoré musia byť kontrolované alebo zohľadnené na udržanie kontrolovaného ochorenia: monitorovanie sacharidov, odhad cvičenia, hodnotenie hladiny cukru v krvi a podávanie inzulínu aby sa zabránilo vysokým aj nízkym hladinám glukózy v krvi. Tieto predstavujú len niekoľko z každodenných problémov spojených s chorobami.

Z týchto dôvodov bolo cieľom nášho kolektívneho výskumného úsilia v UF Diabetes Institute vždy pochopiť, čo spôsobuje túto chorobu. Vedieť, že by nám to umožnilo predpovedať, kto je v ohrození, identifikovať spôsoby, ako zabrániť progresii ochorenia a vyvinúť liečebnú terapiu.

Prečo študovať tieto orgány?

Diabetes 1. typu je jedným z viac ako 80 známych autoimunitných ochorení, ktoré z neznámych dôvodov sa imunitný systém obráti proti sebe. Okrem autoimunity sú imunitné odpovede kľúčovou zložkou zdravia aj z hľadiska boja proti rakovine a infekčným chorobám. Z našich skúseností, štúdia pankreasu a cukrovky typu 1, vidíme veľké pokroky v pochopení úlohy imunity v každom z týchto nastavení prostredníctvom mapovania. To umožní hlboký ponor, ako funguje imunitný systém.

U zdravého jedinca sa T bunky stanú aktívnymi len vtedy, keď reagujú na infekčné alebo rakovinové bunky. Ale u tých, ktorí sú predisponovaní k autoimunitnému ochoreniu, sa niektoré T bunky môžu chybne aktivovať „vlastnými“ proteínmi, čo ich vedie k zničeniu zdravého tkaniva.

Za iných okolností - ako je rakovina alebo infekčné ochorenie - imunitný systém neposkytuje dostatočnú odozvu, aby bol účinný. Alebo bunky imunitného systému nekontrolovane proliferujú, čo vedie k rakovine krvi a lymfatického systému, ako je lymfóm a leukémia. To je dôvod, prečo týmus, slezina a lymfatická uzlina sú zaujímavé tkanivá pre tých, ktorí študujú zdravý ľudský imunitný systém. Výskumní pracovníci musia pochopiť zdravú základnú líniu pre všetky tieto orgány, aby sme mohli rozpoznať, kedy veci začínajú fungovať a meniť, čo vedie k autoimunitným ochoreniam, rakovine a infekčným ochoreniam. Vyjadrené iným spôsobom, musíme najprv pochopiť, čo predstavuje normálny lymfatický systém počas celého ľudského života.

Prečo je definovanie normálne dôležité?

Možno by ste sa čudovali, kde presne tieto normálne bunky dostaneme. Ako sme v uplynulých 11 rokoch urobili, dostaneme ľudské tkanivá transplantovaných orgánov od zosnulých darcov orgánov prostredníctvom organizácií pre obstarávanie orgánov, po tom, čo rodinný príslušník alebo právny exekútor poskytne informovaný súhlas. Dané v čase smútku, tieto vzácne anatomické dary, ktoré v prípade sleziny, týmusu a lymfatických uzlín nie sú použiteľné pre život zachraňujúce transplantačné postupy, poskytujú nenapodobiteľný zdroj pre vedecké skúmanie a objavovanie.

Do týchto úvodných štúdií budú zaradené iba tkanivá, ktoré sa považujú za „normálne“ - neovplyvnené známymi alebo pozorovateľnými patológiami. Budeme zbierať tkanivá od darcov od dojčiat až po dospelých do 70 rokov. Dúfame, že to poskytne pohľad na to, ako vek mení typy a zdravie všetkých buniek v každom orgáne.

V UF Diabetes Institute, multidisciplinárny tím, ktorý zahŕňa bunkových a molekulárnych biológov, hematopatológov, ktorí študujú klinické lymfatické vzorky, biomedicínskych inžinierov, imunologov a mnoho ďalších bude spolupracovať na programe HuBMAP. Centrum UF tkanivového mapovania bude vo veľkej miere spolupracovať s globálnou sieťou odborníkov v oblasti špičkovej mikroskopie a zberu údajov.

Vytvárame zobrazovacie potrubie na detekciu desiatok molekúl proteínov a RNA, ktoré charakterizujú nerv, krvné cievy, podporné tkanivo známe ako stroma, a imunitné bunky z rezov tkaniva pomocou ôsmich rôznych foriem mikroskopie.

V prvých dvoch rokoch HuBMAP plánujeme zmapovať slezinu, týmus a lymfatické uzliny z 11 darcov orgánov.

Očakávame, že výsledné dáta odhalia nové typy buniek, molekulárne a bunkové štruktúry, interakcie bunka-bunka a ich funkčné dôsledky v ľudskej anatómii a fyziológii. Očakáva sa preto, že trojdimenzionálny program ľudského biologického molekulárneho atlasu s vysokým rozlíšením uľahčí objav.

Ako som zasiahol svoje neskoré 50. rokov v živote, počet kolegov, priateľov a rodinných príslušníkov, ktorí sú ovplyvnení chorobou, sa každoročne zvyšuje. Nedávno som sa stal aj dedkom. Rád by som si myslel, že to, čo navrhujeme, bude mať dramatický vplyv na ľudské zdravie pre súčasné aj budúce generácie. To by bol dar.

Tento článok bol pôvodne uverejnený na Konverzácii Marka Atkinsona. Prečítajte si pôvodný článok.