Каква е причината за диабет тип 1? Защо учените картографират клетките, за да ги открият

Има около 100 трилиона клетки, които съставляват човешкото тяло. Ново меганаучно начинание ще каталогизира и пресъздаде всеки от 200 или повече вида клетки от 80-те познати органи и ще идентифицира гените, които са активни в тези клетки.

Това ново усилие следва петите на Проекта за човешкия геном, който обхвана биологията през 90-те и началото на 2000-те години. Сега учените са замислили ново и вълнуващо предизвикателство: да създадат клетъчна карта на цялото човешко тяло, проект, наречен Human BioMolecular Atlas Program или HuBMAP. Университетът на Флорида е един от петте участващи центрове за картографиране на тъкани. Тук, в UF Center, ние сме натоварени с картографиране на тимуса, лимфните възли и далака - всички ключови компоненти на имунната система.

Проучвам диабет тип 1, или младежки диабет, в продължение на близо 35 години, а заедно с другите ми колеги от Института за диабет на UF се опитвам да намеря начин да предотвратя и излекувам болестта. Това беше предизвикателство доскоро, защото не знаехме какво причинява диабет тип 1.

Нашата цел като център за картографиране на тъкани е да идентифицираме уникалните видове клетки, които протеините произвеждат и кои гени са включени, и да изградим виртуален триизмерен модел на всеки орган. Тази карта ще даде информация за много болести, включително диабет тип 1.

Защо е важно да разберете причините за диабета тип 1?

Знаем, че диабет тип 1 е така нареченото "автоимунно заболяване". При диабет тип 1 се смята, че имунните клетки, известни като "Т лимфоцити", унищожават бета-клетките на панкреаса, които са отговорни за производството на инсулин, който регулира нивото на захарта. в кръвта ни.

Преди малко повече от десетилетие, разочарован от невъзможността да се предотврати и излекува болестта, започнах инициатива за събиране на човешки панкреас от донори на органи с диабет тип 1, както и тези без болестта. Последната група е събрана, за да се разбере за "нормален" здрав панкреас. Към днешна дата сме събрали панкреаса от повече от 500 индивида. Разпространихме тези тъкани на около 230 проекта в 21 страни по света. Резултатите от тези усилия са довели до нови открития, които са пренаписали нашето разбиране за това как се развива тази болест.

Пациентите, диагностицирани с диабет тип 1, около 25 000 годишно само в САЩ, се сблъскват с доживотна зависимост от ежедневни инсулинови инжекции, за да оцелеят и имат висок риск от развитие на дългосрочни медицински усложнения, включително слепота, бъбречно заболяване, вцепенени крака, крайник ампутации и сърдечно-съдови заболявания. Днес се смята, че близо 1,25 милиона души в САЩ живеят с това разстройство.

Тъй като тези усложнения са неудобни за хората с болестта, може би още по-трудна са многото ежедневни фактори, които трябва да се контролират или отчитат, за да се запази болестта: мониторинг на въглехидратите, оценка на упражненията, оценка на нивата на кръвната захар и прилагане на инсулин за да се избегнат високи и ниски нива на кръвната захар. Те представляват само няколко от дневните предизвикателства, свързани с болестта.

Поради тези причини целта на нашите колективни изследователски усилия в Института за диабет на UF винаги е била да се разбере какво причинява това заболяване. Знанието, което ще ни позволи да предвидим кой е в риск, да определи начини за предотвратяване на развитието на заболяването и да разработи лечебна терапия.

Защо да изучаваме тези органи?

Диабет тип 1 е само един от повече от 80 известни автоимунни заболявания, които по неизвестни причини имунната система се обръща срещу себе си. Освен автоимунитета, имунните реакции също са ключов компонент за здравето по отношение на борбата с рака и инфекциозните заболявания. От нашия опит, изучавайки панкреаса и диабет тип 1, виждаме големи крачки в разбирането на ролята на имунитета във всяка от тези настройки чрез картографиране. Това ще позволи дълбоко гмуркане на имунната система.

При здрави индивиди Т клетките стават активни само когато реагират на инфекция или ракови клетки. Но при тези, предразположени към автоимунни заболявания, някои Т-клетки могат да станат погрешно активирани от „себе” протеини, което ги води до унищожаване на здрава тъкан.

При други обстоятелства - като рак или инфекциозно заболяване - имунната система не успява да осигури достатъчно силна реакция, за да бъде ефективна. Или клетките на имунната система се разпространяват неконтролируемо, което води до рак на кръвта и лимфата като лимфом и левкемия. Ето защо тимусът, далакът и лимфният възел са тъкани от интерес за онези, които изучават здравата човешка имунна система. Изследователите трябва да разберат здравословния изход за всички тези органи, така че да можем да разпознаем кога нещата започват да се повредят и променят, което води до автоимунни заболявания, рак и инфекциозни заболявания. Изразен по друг начин, първо трябва да разберем какво представлява нормалната лимфна система през целия човешки живот.

Защо дефинирането на нормално значение?

Може би се чудите къде точно получаваме тези нормални клетки. Както направихме през последните 11 години, ние ще получим човешки тъкани за трансплантация от починали донори на органи чрез организации за възлагане на органи, след като член на семейството или правен изпълнител предостави информирано съгласие. Дадени по време на скърбене, тези скъпоценни анатомични подаръци, които в случая на далака, тимуса и лимфните възли не са приложими за спасителни трансплантационни процедури, осигуряват неподражаем ресурс за научни изследвания и открития.

Само тъкани, считани за „нормални“ - незасегнати от известни или наблюдавани патологии - ще бъдат включени в тези първоначални проучвания. Ще събираме тъкани от донори, вариращи от бебета до възрастни до 70 години. Надяваме се, че това ще ви даде представа как възрастта променя видовете и здравето на всички клетки във всеки орган.

В Института за диабет на UF мултидисциплинарен екип, включващ клетъчни и молекулярни биолози, хематопатолози, които изучават клинични лимфни проби, биомедицински инженери, имунолози и много други ще си сътрудничат за програмата HuBMAP. Всъщност центърът за картографиране на тъкани UF ще си сътрудничи широко с глобална мрежа от експерти в областта на най-съвременната микроскопия и събирането на данни.

Създаваме тръбопровод за изобразяване на десетки протеинови и РНК молекули, които характеризират нерв, кръвоносен съд, поддържаща тъкан, известна като строма, и имунни клетки от филийки тъкан, използвайки осем различни форми на микроскопия.

В рамките на първите две години на HuBMAP планираме да картографираме далака, тимуса и лимфните възли от 11 донора на органи.

Очакваме, че получените данни ще разкрият нови клетъчни типове, молекулярни и клетъчни структури, клетъчно-клетъчни взаимодействия и техните функционални последици в човешката анатомия и физиология. Следователно, триизмерната програма за човешки биомолекулярни атласи с висока резолюция се очаква да улесни откриването.

Както ударих края на 50-те години в живота, годишно се увеличава броят на колегите, приятелите и членовете на семейството, които са засегнати от заболяването. Наскоро станах и дядо. Бих искал да мисля, че това, което предлагаме, ще има драматично въздействие върху човешкото здраве както за настоящите, така и за бъдещите поколения. Това ще бъде наследствен дар.

Тази статия първоначално е публикувана на The Conversation от Марк Аткинсън. Прочетете оригиналната статия тук.