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Verso la cura: Diabete di tipo 1 dal punto di vista di una cellula beta

La microfotografia confocale dalla colorazione con immunofluorescenza di cellule staminali pluripotenti umane ha differenziato cellule beta-simili in coltura organoide 3D con un anticorpo anti-peptide C (rosso) e un anticorpo anti-PDX1 (verde). DAPI è stato utilizzato per colorare i nuclei. Immagine: Haiting Ma / Whitehead Institute

Il diabete di tipo 1 è una malattia autoimmune che si manifesta quando le cellule T del sistema immunitario attaccano le cellule produttrici di insulina del corpo, chiamate cellule beta, nel pancreas. Di solito diagnosticato nei bambini e nei giovani adulti, il diabete di tipo 1 rappresenta circa il 5% di tutti i casi di diabete.

La biologia alla base del diabete di tipo 1 è difficile da studiare per una serie di ragioni. Per prima cosa, per il momento una persona comincia a mostrare i sintomi, le loro T- celle sono già state distruggendo le cellule beta per un lungo periodo mesi o addirittura anni. Inoltre, il fattore scatenante iniziale della malattia spesso non è chiaro; un certo numero di proteine ??delle cellule beta può innescare la risposta immunitaria .

In uno studio pubblicato il 22 settembre su Cell Reports Medicine, i ricercatori del laboratorio del Whitehead Institute Rudolf Jaenisch dimostrano un nuovo sistema sperimentale per studiare in modo più preciso i meccanismi del diabete di tipo 1, concentrandosi su come le cellule beta di una persona rispondono a un attacco dal proprio sistema immunitario. In tal modo, rivelano le caratteristiche della malattia che potrebbero essere bersagli per future terapie.

“Qui la nostra domanda era, diciamo che le cellule T si attivano; cosa succede dopo dal punto di vista delle cellule beta? Potremmo trovare alcune potenziali opportunità di intervento?” ha detto Haiting Ma, un associato post-dottorato nel laboratorio di Jaenisch e il primo autore dello studio.

Ma, in collaborazione con Jaenisch, anche lui professore di biologia al MIT, e Jacob Jeppesen, capo del dipartimento di biologia del diabete e del metabolismo di Novo Nordisk, hanno adottato un approccio di biologia sintetica per raggiungere questo obiettivo.

I ricercatori hanno progettato un sistema inducendo le cellule staminali pluripotenti umane a differenziarsi in cellule beta pancreatiche funzionali e hanno aggiunto a queste cellule un antigene modello chiamato CD19 utilizzando tecniche CRISPR. Hanno stabilito che queste cellule funzionassero come cellule beta produttrici di insulina impiantandole nei topi diabetici; dopo aver ricevuto le cellule, i topi hanno sperimentato un miglioramento dei livelli di glucosio.

Hanno quindi replicato i componenti autoimmuni della malattia utilizzando cellule immunitarie ingegnerizzate chiamate cellule CAR-T. Le cellule CAR-T sono cellule T create su misura per attaccare un certo tipo di cellula; ad esempio, possono essere mirati alle cellule tumorali per trattare alcuni tipi di cancro. Per il modello del diabete, i ricercatori hanno progettato le cellule per contenere i recettori per l’antigene modello CD19.

Quando i ricercatori hanno co-coltivato le cellule beta sintetiche e le cellule CAR-T, hanno scoperto che il sistema funzionava bene per imitare una versione semplificata del diabete di tipo 1: le cellule CAR-T hanno attaccato le cellule beta e le hanno fatte entrare nel processo di morte cellulare. I ricercatori sono stati anche in grado di implementare la strategia nei topi umanizzati.

Utilizzando il loro nuovo sistema sperimentale, i ricercatori sono stati in grado di identificare alcuni fattori interessanti coinvolti nella risposta delle cellule beta alle condizioni diabetiche. Per prima cosa, hanno scoperto che le cellule beta aumentavano la produzione di meccanismi protettivi come la proteina PDL1. PDL1 è una proteina presente sulle cellule non nocive del corpo che, in circostanze normali, impedisce al sistema immunitario di attaccarle.

I cambiamenti nei livelli di PDL1 erano stati associati al diabete di tipo 1 in studi precedenti. Ora, Ma si chiedeva se fosse possibile salvare le cellule beta dall’assalto immunitario inducendo l’espressione di ancora più proteine ??utili. “Abbiamo scoperto che possiamo aiutare le cellule beta dando loro una maggiore espressione di PDL1”, ha detto. “Quando lo facciamo, possono fare di meglio nel modello”. Se convalidato in cellule umane, l’aumento dell’espressione di PDL1 potrebbe essere valutato come un potenziale metodo terapeutico, ha detto Ma.

Un’altra scoperta riguardava il modo in cui le cellule morivano dopo l’attacco dei linfociti T. Ma ha scoperto che i geni che venivano sovraregolati mentre le cellule beta erano sotto attacco non erano associati alla solita forma di morte cellulare, l’apoptosi, ma a un tipo più infiammatorio e violento di morte cellulare chiamata piroptosi.

“La cosa interessante della piroptosi è che fa sì che le cellule rilascino il loro contenuto”, ha detto Ma. “Questo è in contrasto con l’apoptosi, che è considerata il meccanismo principale per la risposta autoimmune. Riteniamo che la piroptosi potrebbe svolgere un ruolo nella propulsione di questa reazione autoimmune, perché il contenuto delle cellule beta include più potenziali antigeni. Se questi vengono rilasciati, possono essere individuati dalle cellule che presentano l’antigene e iniziare ad aumentare questa autoimmunità “.

Il processo di piroptosi nel contesto dell’autoimmunità delle cellule beta potrebbe essere collegato allo stress ER nelle cellule beta, un tipo di cellula altamente secretiva. In effetti, una sostanza chimica che induce lo stress ER ha aumentato il marker di piroptosi.

Se i ricercatori potessero trovare un modo per inibire il processo di piroptosi in modo sicuro negli esseri umani, potrebbe potenzialmente ridurre la gravità della reazione autoimmune che è il segno distintivo del diabete di tipo 1. La piroptosi è mediata da una proteina chiamata caspasi-4, che può essere inibita in laboratorio. “Se questo può essere convalidato nelle cellule beta dei pazienti, ciò potrebbe indicare che la modulazione delle caspasi potrebbe anche essere [un meccanismo terapeutico]”, ha detto Ma.

Andando avanti, Ma e Jaenisch intendono studiare i meccanismi immunitari alla base dell’autoimmunità negli esseri umani utilizzando cellule staminali pluripotenti indotte da pazienti con diabete di tipo 1. “Queste cellule potrebbero essere differenziate in cellule immunitarie come T, B, macrofagi e cellule dendritiche, e possiamo studiare come interagiscono con le cellule beta “, ha detto Ma.

Hanno anche in programma di continuare a migliorare il loro nuovo sistema sperimentale. “Questo sistema fornisce una risposta immunitaria sintetica molto robusta e trattabile che possiamo utilizzare per studiare il diabete di tipo 1 “, ha detto Jaenisch. “In futuro potrebbe essere utilizzato per studiare altre malattie autoimmuni “.

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