Слева: стандартный островок Лангерганса, справа: «супер-островок». Клетки инсулина (бета-клетки) показаны синим цветом, а клетки глюкагона (альфа-клетки) – красным; «суперостровок», кроме того, имеет амниотические эпителиальные клетки, выделенные зеленым цветом. © UNIGE
Чтобы спасти пациентов с тяжелой формой диабета 1 типа (характеризующейся отсутствием функциональных инсулин-продуцирующих клеток), трансплантация клеток поджелудочной железы иногда является крайней мерой. Поджелудочная железа содержит кластеры клеток, называемые островками Лангерганса, где клетки, вырабатывающие гормоны, регулирующие уровень глюкозы в крови, сгруппированы вместе. Однако процесс трансплантации длительный и сложный: значительная часть пересаженных клеток быстро умирает, не имея возможности прижиться. Добавляя амниотические эпителиальные клетки к этим клеточным кластерам, исследователи из Женевского университета (UNIGE) и университетских больниц Женевы (HUG), Швейцария, преуспели в создании гораздо более надежных "суперостровки" Лангерганса. После пересадки их больше приживается; затем они начинают вырабатывать инсулин намного быстрее. Эти результаты, которые будут обнаружены в Nature Communications, не только улучшат успех трансплантации клеток, но также откроют новые перспективы для других типов трансплантатов, включая трансплантацию стволовых клеток.
Сегодня трансплантация островков – один из последних вариантов для пациентов с особенно тяжелой формой диабета 1 типа. Островки удаляются из поджелудочной железы донора, изолируются и затем повторно вводятся в печень пациента. "Процедура хорошо контролируется – около пятнадцати пациентов ежегодно проходят ее в Швейцарии – но, тем не менее, сложна, – говорит Екатерина Беришвили, научный сотрудник отделения хирургии медицинского факультета UNIGE, руководившая этой работой. Многие островки умирают по пути. Часто для лечения одного человека требуется несколько доноров, а мы остро нуждаемся в донорах."
Плацентарные клетки в помощь трансплантатам
Чтобы повысить успешность трансплантации островков и выживаемость пересаженных клеток, исследователи в Женеве стремились создать новые, более прочные островки, которые выдерживали бы стресс трансплантации лучше, чем естественные островки. Для этого они придумали идею добавления амниотических эпителиальных клеток, взятых со стенки внутренней мембраны плаценты, к клеткам поджелудочной железы. "Эти клетки, очень похожие на стволовые, уже используются в других методах лечения, например, в восстановлении роговицы," говорит Тьерри Берни, профессор отделения хирургии медицинского факультета UNIGE и руководитель отдела трансплантологии HUG, который был одним из руководителей этой работы. "В нашем случае мы обнаружили, что они могут способствовать функции клеток поджелудочной железы, которая заключается в выработке гормонов в соответствии с колебаниями уровня сахара."
Первый шаг, in vitro: добавление амниотических эпителиальных клеток позволило кластерам клеток сформировать регулярные сферы, что свидетельствует о лучшей внутриклеточной коммуникации и связности. Второй шаг in vivo: ученые пересадили свои "суперостровки" Лангерганса в диабетических мышей, которые быстро начали вырабатывать инсулин. "Даже с небольшими скоплениями клеток наши суперостровки очень хорошо адаптировались к новой среде и быстро становились васкуляризованными," говорит Фанни Лебретон, научный сотрудник отделения хирургии медицинского факультета UNIGE и первый автор этой работы. Хорошая васкуляризация действительно является ключевым элементом любой трансплантации: она позволяет снабжать новый орган кислородом и питательными веществами и гарантирует их выживание. Кроме того, искусственные островки быстро начали вырабатывать инсулин.
Улучшение оксигенации и защита островков
Таким образом, амниотические эпителиальные клетки необходимы для выживания островков и, по-видимому, действуют на два жизненно важных элемента: недостаток кислорода, который обычно убивает большое количество пересаженных островков, и модуляция иммунной системы хозяина для ограничения риска отторжения. "По словам Екатерины Беришвили, в любой трансплантации первым шагом является снижение иммунитета реципиента, чтобы ограничить риск отторжения. Амниотические эпителиальные клетки обладают уникальными характеристиками защиты плода, которые также являются "несамостоятельный," от атак иммунной системы матери. Мы считаем, что тот же механизм действует для защиты трансплантатов." Защитный механизм, наблюдаемый здесь на клеточных трансплантатах, также может иметь место при других типах трансплантатов или даже при ксенотрансплантации, когда нечеловеческие клетки или органы трансплантируются человеку.
Эти открытия теперь необходимо подтвердить на людях. Поскольку использование амниотических эпителиальных клеток уже широко распространено в других клинических условиях без побочных эффектов, это можно сделать относительно быстро. Важная надежда для всех, кто ждет трансплантации.