Des chercheurs utilisent des cellules souches pour fabriquer des cellules bêta productrices d’insuline dans le pancréas

Le corps humain peut être génétiquement enclin à attaquer ses propres cellules, détruisant les cellules bêta du pancréas qui fabriquent l’insuline, qui aide à convertir le sucre en énergie. Ce trouble, appelé diabète de type 1, peut survenir à tout âge et peut être mortel s’il n’est pas soigneusement géré avec des injections d’insuline ou une pompe à insuline pour équilibrer les niveaux de sucre dans le corps.

Mais une autre option personnelle pourrait se profiler à l’horizon, selon Xiaojun « Lance » Lian, professeur agrégé de génie biomédical et de biologie à Penn State. Pour la première fois, Lian et son équipe ont converti des cellules souches embryonnaires humaines en cellules bêta capables de produire de l’insuline en utilisant uniquement de petites molécules en laboratoire, ce qui rend le processus plus efficace et plus rentable.

Les cellules souches peuvent devenir d’autres types de cellules grâce à des signaux dans leur environnement, et certaines cellules matures peuvent redevenir des cellules souches – causées par la pluripotence. Les chercheurs ont découvert que leur approche fonctionne avec des cellules souches embryonnaires et induites humaines, toutes deux dérivées de lignées de cellules souches approuvées par le gouvernement fédéral. Selon Lian, l’efficacité de leur approche pourrait réduire ou éliminer le besoin de cellules souches embryonnaires humaines dans les travaux futurs, et ils ont publié leurs résultats aujourd’hui (26 août) dans Rapports sur les cellules souches.

« Le diabète est une maladie grave aux États-Unis et dans le monde », a déclaré Lian. « Les cellules immunitaires du patient tuent leur capacité à produire de l’insuline et à réguler leur taux de glucose. Nous pensions que les cellules souches pourraient résoudre le problème et permettre à la personne de réguler à nouveau correctement ses taux d’insuline et de glucose. »

Les cellules souches peuvent devenir n’importe quel type de cellule dans des conditions environnementales ou une intervention en laboratoire. L’astuce, a déclaré Lian, consiste à déterminer les conditions exactes pour influencer une cellule souche pour qu’elle devienne une copie de travail du type de cellule souhaité.

« Si nous pouvons convertir les cellules souches en cellules bêta dans le pancréas et les transférer au patient, il sera peut-être possible de traiter le diabète », a déclaré Lian. « C’est une question difficile. Les scientifiques essaient de trouver la solution depuis plus de 20 ans. Notre laboratoire s’est rendu compte que nous devions adopter une approche différente. »

Dans des tentatives précédentes, selon Lian, les chercheurs ont utilisé des facteurs de croissance, ou des groupes de protéines, pour manipuler les cellules souches en différents types de cellules. Cependant, les facteurs de croissance sont coûteux et instables, ce qui entraîne un processus de fabrication coûteux et inefficace.

« En 2012, notre équipe a découvert un tout nouvel intermédiaire moléculaire capable de différencier les cellules souches des mésoderme ou le stade de l’endoderme, qui sont des points de développement sur la voie de la maturation des cellules », a déclaré Lian, notant que le processus utilise de petites molécules organiques plutôt que des facteurs de croissance plus gros. Ces petites molécules sont beaucoup moins chères et beaucoup plus stables que les facteurs de croissance, et nous pouvons toujours simuler l’effet des facteurs de croissance pour différencier les cellules souches en un stade intermédiaire.

Les petites molécules sont constituées d’un composé chimique appelé CHIR99021 (CHIR) et activent une voie de signalisation appelée Wnt, qui dirige la cellule vers une espèce intermédiaire. Lorsque Wnt est complètement activé, la cellule devient mésoderme et, éventuellement, une cellule cardiaque mature. Mais une dose plus faible de CHIR n’active que partiellement la voie Wnt, ce qui donne une cellule de l’endoderme qui peut être amenée à devenir une cellule bêta ou un hépatocyte pancréatique mature.

« Personne d’autre n’a découvert cela parce que vous devez optimiser avec précision et soigneusement la concentration en CHIR », a déclaré le premier auteur Yuqian Jiang, doctorant en génie biomédical dans le laboratoire de Lian. « Nous savons que le CHIR est important pour la différenciation des cellules souches, mais d’autres ne peuvent tester qu’une concentration hors cible de ce produit chimique et pensent que cela ne fonctionne pas du tout. Nous avons testé toutes les concentrations possibles et trouvé la concentration exacte qui différencie les cellules souches en endoderme cellules. »

Les chercheurs ont dosé les cellules avec des concentrations croissantes de CHIR. Ils ont découvert que la dose la plus faible n’est pas suffisante pour transformer les cellules, tandis que des doses plus élevées tuent complètement les cellules. Aux deuxième et troisième doses les plus faibles, jusqu’à 87 % des cellules souches sont devenues des cellules endodermiques qui pourraient être davantage dirigées pour devenir des cellules bêta pancréatiques.

« La différenciation des cellules bêta prend environ un mois, avec l’ajout d’un mélange chimique différent créé par des recherches antérieures à différentes étapes », a déclaré Jiang. « Mais les protocoles précédents utilisaient des facteurs de croissance pour introduire des cellules souches dans les cellules de l’endoderme. Notre protocole élimine ce besoin et réduit les coûts tout en fabriquant un bon nombre de cellules. »

Les chercheurs ont également testé les cellules bêta pancréatiques développées avec du glucose. Lian a déclaré que les cellules produisent de l’insuline à base de glucose dans leur environnement, ce qui indique leur fonction. Empêcher le corps des patients de tuer ces cellules – le problème numéro un pour les personnes infectées diabète de type 1Les chercheurs prévoient d’enrober les cellules bêta dérivées de cellules souches modifiées de polymères biomatériaux avant de les transplanter. Selon Lian, cela protégerait les cellules tout en leur permettant de détecter leur environnement et d’en créer des niveaux appropriés. Insuline.

« Notre approche nous permet d’utiliser le même produit chimique à faible coût à différentes doses pour générer différents types de cellules mésenchymateuses, dont l’une peut devenir des cellules bêta pancréatiques », a déclaré Lian. « Nous travaillons maintenant à améliorer cette approche et à la mener à des essais cliniques, mais nous avons fait le travail acharné pour réduire considérablement les coûts. La thérapie cellulaire est incroyable, mais tout le monde ne peut pas se le permettre. Notre objectif est de la mettre à la disposition de tous. tous ceux qui en ont besoin.

Lien est également affilié au Hack Institute for Life Sciences.

« Quand j’ai entendu Lance parler pour la première fois de ce qu’il essayait de faire, j’ai été frappé par son audace », a déclaré Andrew Reed, directeur des Hack Institutes for the Life Sciences. « Son travail incarne le genre de science qui vise à changer complètement le jeu. Je suis vraiment heureux qu’il ait réalisé un exploit aussi important. »