Какова причина диабета 1 типа? Почему ученые наносят на карту клетки, чтобы узнать

В организме человека насчитывается около 100 триллионов клеток. Новая мега-научная работа будет каталогизировать и отображать каждый из 200 или более типов клеток из 80 известных органов и идентифицировать гены, которые активны в этих клетках.

Это новое усилие следует за проектом «Геном человека», который охватил биологию в 1990-х и начале 2000-х годов. Теперь ученые поставили перед собой новую захватывающую задачу: создать клеточную карту всего человеческого тела, проект под названием «Программа биомолекулярного атласа человека» или HuBMAP. Университет Флориды является одним из пяти участвующих центров картирования тканей. Здесь, в Центре УФ, нам поручено картировать тимус, лимфатический узел и селезенку - все ключевые компоненты иммунной системы.

Я изучал диабет 1 типа или ювенильный диабет в течение почти 35 лет, и вместе с другими моими коллегами в UF Diabetes Institute я пытался найти способ предотвратить и вылечить болезнь. До недавнего времени это было проблемой, потому что мы не знали, что вызвало диабет 1 типа.

Наша цель как центра картирования тканей состоит в том, чтобы идентифицировать уникальные типы клеток, какие белки они производят и какие гены включены, и создать виртуальную трехмерную модель каждого органа. Эта карта будет информировать исследования многих заболеваний, в том числе диабета 1 типа.

Почему важно понять причины диабета 1 типа?

Мы знаем, что диабет 1 типа - это так называемое «аутоиммунное заболевание». При диабете 1 типа иммунные клетки, известные как «Т-лимфоциты», как полагают, разрушают бета-клетки поджелудочной железы, которые отвечают за выработку инсулина, который регулирует уровень сахара. в нашей крови.

Чуть более десяти лет назад, разочарованный неспособностью предотвратить и вылечить болезнь, я начал инициативу по сбору поджелудочной железы человека у доноров органов с диабетом 1 типа, а также у тех, у кого нет этой болезни. Последняя группа была собрана, чтобы обеспечить понимание «нормальной» здоровой поджелудочной железы. На сегодняшний день мы собрали поджелудочную железу у более чем 500 человек. Мы распространили эти ткани примерно на 230 проектов в 21 стране мира. Результаты этих усилий привели к новым открытиям, которые переписали наше понимание того, как развивается эта болезнь.

Пациенты с диагнозом диабет 1 типа, около 25 000 в год только в США, сталкиваются с пожизненной зависимостью от ежедневных инъекций инсулина, чтобы выжить, и имеют высокий риск развития долгосрочных медицинских осложнений, включая слепоту, болезни почек, онемение ног, конечностей ампутации и сердечно-сосудистые заболевания. На сегодняшний день, по оценкам, около 1,25 миллиона человек в США живут с этим заболеванием.

Как бы ни были расстроены эти осложнения для людей с этим заболеванием, возможно, еще более пугающими являются многие ежедневные факторы образа жизни, которые необходимо контролировать или учитывать, чтобы держать болезнь под контролем: мониторинг углеводов, оценка физических упражнений, оценка уровня сахара в крови и введение инсулина избегать как высокого, так и низкого уровня глюкозы в крови. Они представляют собой лишь некоторые из ежедневных проблем, связанных с заболеванием.

По этим причинам цель наших коллективных исследований в Институте диабета UF всегда заключалась в том, чтобы понять причину этого заболевания. Знание этого позволит нам предсказать, кто подвергается риску, определить способы предотвращения прогрессирования заболевания и разработать лечебную терапию.

Зачем изучать эти органы?

Диабет 1 типа является одним из более чем 80 известных аутоиммунных заболеваний, которые по неизвестным причинам иммунная система поворачивается против себя. Помимо аутоиммунитета иммунные реакции также являются ключевой составляющей здоровья с точки зрения борьбы с раком и инфекционными заболеваниями. Из нашего опыта, изучая поджелудочную железу и диабет 1 типа, мы видим большие успехи в понимании роли иммунитета в каждом из этих параметров с помощью картирования. Это позволит глубоко погрузиться в работу иммунной системы.

У здорового человека Т-клетки становятся активными только в ответ на инфекцию или раковые клетки. Но у тех, кто предрасположен к аутоиммунному заболеванию, некоторые Т-клетки могут ошибочно активироваться «я» белками, что приводит к разрушению здоровых тканей.

В других обстоятельствах, таких как рак или инфекционное заболевание, иммунная система не может обеспечить достаточно надежную реакцию, чтобы быть эффективной. Или клетки иммунной системы бесконтрольно размножаются, что приводит к раку крови и лимфы, таким как лимфома и лейкемия. Вот почему тимус, селезенка и лимфатический узел представляют интерес для тех, кто изучает здоровую иммунную систему человека. Исследователи должны понимать здоровую основу для всех этих органов, чтобы мы могли распознать, когда что-то начинает работать со сбоями и изменяется, что приводит к аутоиммунным заболеваниям, раку и инфекционным заболеваниям. Выражаясь иначе, мы сначала должны понять, что составляет нормальную лимфатическую систему на протяжении всей жизни человека.

Почему определение Нормально важно?

Вы можете спросить, где именно мы получаем эти нормальные клетки. Как и в течение последних 11 лет, мы будем получать ткани человека сорта трансплантата от умерших доноров органов через организации по закупке органов после того, как член семьи или законный исполнитель предоставит информированное согласие. Эти драгоценные анатомические дары, которые в момент, когда речь идет о селезенке, тимусе и лимфатическом узле, которые нельзя использовать для спасательных процедур по трансплантации, предоставлены во время скорби, представляют собой неповторимый ресурс для научных исследований и открытий.

Только ткани, считающиеся «нормальными» - не затронутыми известными или наблюдаемыми патологиями - будут включены в эти первоначальные исследования. Мы будем собирать ткани от доноров от младенцев до взрослых до 70 лет. Мы надеемся, что это поможет понять, как возраст изменяет типы и здоровье всех клеток в каждом органе.

В UF Diabetes Institute многопрофильная команда, включающая клеточных и молекулярных биологов, гематопатологов, которые изучают клинические лимфатические образцы, биомедицинских инженеров, иммунологов и многих других, будет сотрудничать для программы HuBMAP. Действительно, центр картирования тканей UF будет активно сотрудничать с глобальной сетью экспертов в области современной микроскопии и сбора данных.

Мы создаем конвейер визуализации для обнаружения десятков молекул белка и РНК, которые характеризуют нерв, кровеносный сосуд, поддерживающую ткань, известную как строма, и иммунные клетки из кусочков ткани, используя восемь различных форм микроскопии.

В течение первых двух лет работы HuBMAP мы планируем картировать селезенку, тимус и лимфатический узел от 11 доноров органов.

Мы ожидаем, что полученные данные откроют новые типы клеток, молекулярные и клеточные структуры, межклеточные взаимодействия и их функциональные последствия в анатомии и физиологии человека. Следовательно, ожидается, что трехмерная программа биомолекулярного атласа человека с высоким разрешением облегчит открытие.

Когда мне исполнилось 50 лет, число коллег, друзей и членов семьи, которые страдают от болезней, ежегодно увеличивается. Я тоже недавно стал дедушкой. Я хотел бы думать, что то, что мы предлагаем сделать, окажет существенное влияние на здоровье человека как для нынешнего, так и для будущих поколений. Это был бы наследственный подарок.

Эта статья была первоначально опубликована в беседе Марка Аткинсона. Прочитайте оригинальную статью здесь.