Una nuova ricerca porta a un miglioramento delle cellule che secernono insulina derivate da cellule staminali

Utilizzando la tecnologia di sequenziamento di cellule singole, i ricercatori sul diabete della Washington University School of Medicine di St. Louis hanno scoperto perché le cellule beta delle isole prodotte dalle cellule staminali potrebbero non essere altrettanto efficaci nel produrre insulina in risposta alla glicemia. 
I risultati potrebbero migliorare il trattamento per quelli con diabete insulino-dipendente. 
La foto mostra bioreattori contenenti una soluzione delle cellule insieme a fattori di crescita che le aiutano a svilupparsi in cellule beta che secernono insulina. 
Credito: Washington University School of Medicine di St. Louis

I ricercatori sul diabete della Washington University School of Medicine di St. Louis hanno scoperto almeno un motivo per cui le cellule che secernono insulina prodotte da cellule staminali in laboratorio non funzionano bene come le cellule naturali. La scoperta potrebbe aiutare ad accelerare i progressi verso la creazione di cellule che secernono insulina, chiamate cellule beta delle isole, più efficaci nel trattamento del diabete di tipo 1 insulino-dipendente.

Da quando gli scienziati hanno scoperto per la prima volta che potevano campionare le cellule della pelle o le cellule adipose delle persone, convertire quelle cellule in cellule staminali e quindi guidare le cellule staminali a svilupparsi in cellule beta che secernono insulina , i ricercatori hanno tentato di affinare il processo. I ricercatori affermano che le nuove scoperte, pubblicate il 15 maggio sulla rivista Nature Cell Biology , possono aiutare a spianare la strada alla produzione di cellule beta più efficienti ed efficaci per curare le persone con diabete insulino-dipendente .

“Abbiamo imparato diverse cose che potrebbero avere un potenziale terapeutico immediato per le persone con diabete”, ha detto il ricercatore senior Jeffrey R. Millman, Ph.D., professore associato di medicina e di ingegneria biomedica. “I nostri risultati dimostrano che gli attuali metodi per la generazione di cellule beta derivate da cellule staminali potrebbero non essere così utili come vorremmo nel trattamento del diabete”.

In questo studio, il team di ricerca ha utilizzato una sofisticata tecnologia di sequenziamento di cellule singole per capire perché alcune cellule beta ottenute da cellule staminali risultano essere meno mature e meno efficienti nel produrre insulina rispetto alle loro controparti naturali.

Utilizzando una tecnica chiamata sequenziamento multiomico a cellula singola, i ricercatori hanno confrontato le cellule beta derivate da cellule staminali con le cellule beta naturali e hanno scoperto che le cellule prodotte da cellule staminali spesso non producono la stessa quantità di insulina in risposta al glucosio. Inoltre, a volte i profili genetici delle cellule erano più vicini ad altri tipi di cellule presenti nell’intestino, come le cellule del fegato o le cellule intestinali.

Utilizzando l’apprendimento automatico e metodi computazionali per esaminare un vasto set di dati di DNA da singole cellule beta, il team di Millman ha appreso che uno dei motivi per cui le cellule beta derivate da cellule staminali tendono ad essere immature comporta irregolarità in una sostanza chiamata cromatina nelle cellule. La cromatina aiuta ad “aprire” e “chiudere” vari geni nelle cellule beta. I ricercatori preferirebbero, per esempio, che la cromatina nelle cellule mantenga i geni che secernono insulina più aperti e attivi mentre chiudono i geni che fanno sì che le cellule si comportino più come le cellule del fegato, scomponendo il grasso piuttosto che secernendo insulina.

“Avendo appreso delle differenze di cromatina tra le cellule beta naturali e le cellule beta derivate da cellule staminali, crediamo che sarà possibile regolare la cromatina per migliorare la qualità delle cellule beta derivate da cellule staminali, così come la quantità di cellule che possiamo produrre”, ha detto Millman.

Ha spiegato che ogni anno a circa 60.000 persone negli Stati Uniti viene diagnosticato il diabete di tipo 1 insulino-dipendente. Gli esperti stimano che curare il diabete in così tante persone richiederebbe circa 60 trilioni di cellule beta funzionanti.

“Ma se riusciamo a rendere le celle più efficienti, forse potremmo dimezzare quel numero”, ha detto Millman. “Siamo molto lontani dall’essere in grado di farlo, ma più efficienti sono le cellule beta, più vicini saremo all’aumento della produzione necessaria per produrre trattamenti”.

In un altro sviluppo, il team di Millman ha impiantato cellule beta derivate da cellule staminali nei topi e ha scoperto che dopo sei mesi, molte delle carenze che avevano identificato in tali cellule sono state corrette semplicemente collocando le cellule in un ambiente naturale, invece che in un piatto di coltura. in laboratorio, suggerendo che i problemi legati alla cromatina nelle cellule beta derivate da cellule staminali sono risolvibili.

La Washington University ha concesso in licenza la proprietà intellettuale di Millman a Sana Biotechnology con l’obiettivo di rendere disponibili ai pazienti future terapie derivate da cellule staminali per il diabete.

“Il diabete è una malattia cronica devastante”, ha detto Millman. “Per molti anni, il nostro obiettivo è stato quello di aiutare le persone con diabete a produrre la propria insulina in risposta al glucosio. Questi risultati ci avvicinano di un passo a questo obiettivo”.

Maggiori informazioni: Punn Augsornworawat et al, Single-nucleus multi-omics of human stem cell-derived islets identifica carenze nella specifica del lignaggio, Nature Cell Biology (2023). DOI: 10.1038/s41556-023-01150-8