Vaskularizované organoidy ostrůvků kmenových buněk nabízejí vylepšený model pro výzkum cukrovky

Vědci vedený Maike Sander, vědecký ředitel Centra Max Delbrück, vyvinuli vaskularizovaný organoidní model buněk vylučujících hormony v pankreatu. Pokrok, Publikováno v Vývojová buňkaSlibuje zlepšení výzkumu diabetu a terapií na bázi buněk.

Mezinárodní tým vědců vedený vědeckým ředitelem Centra Max Delbrück, profesor Maike Sander poprvé vyvinul organoidní model lidských pluripotentních pankreatických ostrůvků odvozených od lidských pluripotentních kmenových buněk (SC-Iletts) s integrovanou vaskulaturou. Islets jsou buněčné klastry V pankreatu, který obsahuje několik různých typů buněk vylučujících hormony, včetně produkce inzulínu Beta buňky.

Vědci v Sander Lab na University of California v San Diegu zjistili, že SC-Islet Organoids s Krevní cévy obsahoval větší počet zralých beta buněk a vylučoval více inzulínu než jejich nevaskularizované protějšky. Vaskularizované organoidy těsněji napodobují ostrůvkové buňky nalezené v těle.

„Naše výsledky zdůrazňují důležitost vaskulární sítě při podpoře funkce pankreatických ostrůvků,“ říká Sander. „Tento model nás přibližuje replikaci přirozeného prostředí pankreasu, které je nezbytné pro studium diabetu a rozvoji nových ošetření.“

Inženýrské vaskularizované ostrohy kmenových buněk

Organoidy SC-Islet Buněčné organoidy-mini-orgány, které zrcadlují buněčné klastry produkující inzulín mimo tělo-se široce používají ke studiu diabetu a dalších endokrinních onemocnění pankreatu. Beta buňky v těchto organoidech jsou však obvykle nezralé, což z nich činí suboptimální modely pro prostředí in-vivo, říká Sander.

Ačkoli bylo vyvinuto několik přístupů pro podporu zrání beta buněk, jejich účinky byly skromné, dodává.

Aby lépe napodobovali prostředí in-vivo, vědci přidali lidské endoteliální buňky, které lemují krevní cévy, a fibroblasty, buňky, které pomáhají vytvářet pojivovou tkáň, na organoidy ostrůvků pěstované z ostrůvků pěstovaných kmenové buňky.

Tým experimentoval s různými médii buněčných kultur, dokud nenašli koktejl, který fungoval. Buňky nejenže přežily, ale vyzrály a pěstovaly síť krevních cév podobných trubkám, které pohltily a pronikli SC-Islety.

„Náš průlom vymyslel recept,“ říká Sander. „Trvalo to pět let experimentování s různými podmínkami a zahrnoval specializovaný tým biologů a biologických látek kmenových buněk a biologických látek.“

Vaskularizované organoidy ostrůvků kmenových buněk jsou zralejší

Když vědci porovnávali vaskularizované organoidy s nevaskularizovanými organoidy, zjistili, že bývalý vylučoval více inzulínu, když byl vystaven vysoké hladině glukózy.

„Nezralé beta buňky nereagují dobře na glukózu. To nám bylo řečeno, že vaskularizovaný model obsahoval zralejší buňky,“ říká Sander.

Vědci dále chtěli prozkoumat, jak konkrétně vaskulatura pomáhá organoidům dozrávat. Našli dva klíčové mechanismy: endoteliální buňky a fibroblasty pomáhají budovat Extracelulární matice– Web proteinů a uhlohydrátů na buněčných površích.

Tvorba samotné matrice je narážka, která signalizuje buňky zrající. Za druhé, endoteliální buňky vylučují morfogenetický protein kosti (BMP), který zase stimuluje beta buňky, aby dospěli.

Uznání, že mechanické síly také stimulují Sekrece inzulínuTým poté integroval organoidy do mikrofluidních zařízení, což umožnilo čerpání živin přímo přes jejich vaskulární sítě. Zjistili, že podíl zralých beta buněk ještě více se zvyšoval.

„Našli jsme gradient,“ říká Sander. „Nevaskularizované organoidy měly nejvíce nezralé buňky, větší poměr vyzrál vaskularizací a ještě více vyzrál přidáním průtoku živin krevními cévami.

„Model lidských buněk Pancreatic Islets To úzce replikuje fyziologii in-vivo, otevírá nové cesty pro zkoumání základních mechanismů diabetu. “

V posledním kroku vědci ukázali, že vaskularizované SC-Ilets také vylučují více inzulínu in-vivo. Diabetické myši roubované neaskularizovanými SC-INSETS se dařilo špatně ve srovnání s těmi, které byly roubovány vaskularizovanými SC-ISLET buňkami, přičemž některé myši nevykazovaly žádné známky onemocnění při 19 týdnu po transplantaci.

Výzkum podporuje další studie, které ukázaly, že pre-vaskularizace zlepšuje funkci transplantovaných SC-Islets.

Lepší model pro studium diabetu typu 1

Sander nyní plánuje používat vaskularizované SC-Islet organoid modely ke studiu diabetu typu 1, což je způsobeno Imunitní buňky Útok a ničení beta buněk v pankreatu – v kontrastu s typem 2, ve kterém pankreas produkuje menší inzulín v průběhu času a buňky těla jsou rezistentní vůči účinkům inzulínu.

Ona a její tým v Centru Max Delbrück pěstují vaskularizované organoidy z buněk pacientů s diabetem 1. typu. Přenášejí organoidy na mikrofluidní čipy a přidávají imunitní buňky pacientů.

„Chceme pochopit, jak imunitní buňky ničí beta buňky,“ vysvětluje Sander. „Náš přístup poskytuje realističtější model funkce ostrůvků a v budoucnu by mohl pomoci rozvíjet lepší léčbu.“