Od alfa do beta. Biotechnologia w walce z cukrzycą

19 marca 2018
Blog dietetyczny

Niemal 400 milionów ludzi cierpi na cukrzycę, z czego zdecydowana większość na postać insulinoniezależną, nazwaną cukrzycą typu 2. Około 5-10 proc. wszystkich zdiagnozowanych przypadków stanowi cukrzyca typu 1., choroba o podłożu autoimmunologicznym. W Polsce problem ten dotyczy około 100 tys. osób. 

O ile cukrzyca typu 2. na ogół charakteryzuje się obniżoną wrażliwością organizmu na działanie insuliny, tzw. insulinoopornością, o tyle cukrzyca typu 1. związana jest z niedostatkiem produkcji tego, odgrywającego kluczową rolę w gospodarce węglowodanowej, hormonu. Jest on syntetyzowany przez komórki beta, zlokalizowane skupiskowo w tzw. wyspach Langerhansa trzustki. Chorzy na cukrzycę typu 1. produkują przeciwciała skierowane przeciwko tym komórkom, na skutek czego są one systematycznie niszczone.

Rezultatem jest bezwzględny niedobór insuliny. Ten autoimmunologiczny proces ma na ogół podłoże genetyczne i najczęściej ujawnia się przed 30. rokiem życia. Dotychczas zidentyfikowano przynajmniej 50 genów, których warianty zwiększają ryzyko jego wystąpienia. Wpływy środowiskowe mogą być natomiast czynnikiem wyzwalającym chorobę, choćby poprzez nawigowanie epigenetyczną regulacją ekspresji – dokładne poznanie takich zależności wymaga jednak dalszych badań.

Jak można się domyślić, nieleczona cukrzyca typu 1. prowadzi do rychłej śmierci. Pacjenci zmuszeni są więc do codziennego, kilkakrotnego przyjmowania insuliny przez całe swoje życie oraz do regularnego monitorowania poziomu glukozy we krwi. Mimo objawowego leczenia choroba odbija się więc istotnie na jakości życia. Wraz z upływem lat u chorych często ujawniają się takie powikłania jak niewydolność nerek, uszkodzenia nerwów obwodowych, objawiające się m.in. bólami kończyn, czy choroby wzroku.

U chorych na cukrzycę typu 1. można przeprowadzić transplantację trzustki. To jednak sprawa skomplikowana. Pacjent musi spełnić kryteria kwalifikacyjne i dostępny musi być odpowiedni dawca narządu (na ogół osoba zmarła). Ryzyko odrzucenia przeszczepu i związanych z tym powikłań jest relatywnie wysokie (zwłaszcza dla osób otyłych), a w przypadku powodzenia zalecane jest stosowanie do końca życia tzw. leków immunosupresyjnych, które hamują działanie układu odpornościowego, zwiększając podatność na inne choroby. Na domiar złego w większości przypadków potrzebna jest jednocześnie transplantacja nerki. Nic więc dziwnego, że w Polsce takich zabiegów wykonuje się wciąż niewiele.

Alternatywą jest wykonywanie przeszczepu samych skupisk komórek trzustki, ale i to nie jest proste. By uzyskać wystarczającą ich liczbę, trzeba działać szybko i sprawnie, gdyż po śmierci dawcy trzustka jest szybko niszczona. Na ogół liczba przeszczepionych na raz komórek jest niewystarczająca, by móc zupełnie zrezygnować z insulinoterapii i po jakimś czasie potrzebne jest powtórzenie transplantacji. A koszt jednego takiego zabiegu to, bagatela, 150 tys. złotych.

Na horyzoncie pojawiła się jednak nadzieja na zupełnie inne rozwiązanie terapeutyczne. Choć znajduje się ono dopiero w fazie badań eksperymentalnych, to uzyskane dotychczas efekty są spektakularne.

Zdolne do produkcji insuliny komórki beta posiadają bardzo ograniczone możliwości regeneracyjne, zwłaszcza u osób dorosłych. W związku z tym badania eksperymentalne skupiają się na potencjalnym przeprogramowaniu innych komórek, tak by zaczęły produkować insulinę. Dotychczas próby takich zabiegów prowadzono, z różnym rezultatem, na komórkach wątroby. Jednak najlepszymi kandydatami dla takiej manipulacji wydają się komórki alfa trzustki. Do ich normalnej funkcji należy produkowanie glukagonu, rolą którego jest zwiększanie stężenia glukozy we krwi. Za ich wyborem przemawia to, że znajdują się w obrębie tego samego skupiska co komórki beta, a na dodatek rozwijają się z tej samej linii komórek prekursorowych co one.

Choć pomysł z „przeprogramowaniem komórek” może niektórym kojarzyć się z naukowym science fiction, to obecny stan wiedzy i rozwoju metod biotechnologicznych otwiera zupełnie nowe możliwości terapeutyczne. Jedynie ignorant nie będzie chciał ich dostrzec.

Do rzeczy. W projekcie badawczym prowadzonym na Uniwersytecie Pittsburskim naukowcy podali transgenicznym myszom (u których można śledzić pochodzenie komórek alfa i beta) alloksan, środek, który skutecznie zniszczył większość komórek beta trzustki. W efekcie niezdolne do produkcji insuliny zwierzęta zaczęły cierpieć na hiperglikemię, podobnie jak chorzy na nieleczoną cukrzycę typu 1.

Następnie opracowaną niedawno techniką wlewu przez przewód trzustkowy do wysp Langerharsa wprowadzono cząstki zmodyfikowanego wirusa AAV (ang. adeno-associated virus; wirus towarzyszący adenowirusom, niechorobotwórcza grupa wirusów wykorzystywana do terapii genowych), będącego wektorem sekwencji Pdx1 (kodującej czynnik transkrypcyjny odpowiedzialny za dojrzewanie, dzielenie się i funkcjonowanie komórek beta) oraz MafA (kodującej czynnik transkrypcyjny aktywujący gen insuliny). Wirus infekował komórki alfa i wbudowywał w ich genom swój materiał genetyczny. Rezultat? Komórki alfa przekształciły się w funkcjonalne (czyli produkujące insulinę) komórki beta.

W kolejnym etapie zbadano, czy podobne przeprogramowanie możliwe jest w przypadku ludzkich komórek alfa. Wyizolowane ludzkie wyspy trzustkowe poddano więc wpierw działaniu streptozotocyny, by zniszczyć komórki beta, a następnie potraktowano identycznie przygotowanym wirusem AAV. Tak przygotowane wyspy przeszczepiono myszom, których komórki beta trzustki również wpierw zniszczono. W rezultacie zdolność produkcji insuliny została całkowicie przywrócona na cztery miesiące (nieleczone myszy zmarły po pięciu tygodniach). Po tym czasie układ immunologiczny zlokalizował nowe komórki i zniszczył je.

Wyniki przeprowadzonych badań są bardzo obiecujące. Wciąż jednak nie wiadomo, czy komórki alfa przeprogramowane w funkcjonalne komórki beta będą stawać się obiektem autoimmunologicznych ataków u chorych na cukrzycę typu 1. Jeżeli tak, to po jakim czasie? Czy możliwe będzie zapobieganie takim zdarzeniom? A może zaproponowana metoda transróżnicowania komórek alfa będzie bardziej obiecująca w leczeniu pacjentów chorych na cukrzycę typu 2., u których przecież również obserwuje się spadek aktywności i liczebności komórek beta, ale nie ma problemu produkcji przeciwciał przeciwko nim?

Odpowiedź na powyższe pytania na pewno będzie możliwa. W tej właśnie chwili trwają badania nad przeprogramowywaniem komórek alfa prowadzone na małpach. Jeżeli wyniki spełnią oczekiwania, badacze złożą wniosek do amerykańskiej Agencji Żywności i Leków o zgodę na przeprowadzenie badań klinicznych z udziałem ludzi.