Para peneliti menggunakan sel punca untuk membuat sel beta pankreas penghasil insulin

Tubuh manusia secara genetik cenderung menyerang selnya sendiri, menghancurkan sel beta di pankreas yang membuat insulin, yang membantu mengubah gula menjadi energi. Disebut diabetes tipe 1, gangguan ini dapat terjadi pada usia berapa pun dan bisa berakibat fatal jika tidak dikelola dengan hati-hati dengan suntikan insulin atau pompa insulin untuk menyeimbangkan kadar gula tubuh.

Tubuh manusia secara genetik cenderung menyerang selnya sendiri, menghancurkan sel beta di pankreas yang membuat insulin, yang membantu mengubah gula menjadi energi. Disebut diabetes tipe 1, gangguan ini dapat terjadi pada usia berapa pun dan bisa berakibat fatal jika tidak dikelola dengan hati-hati dengan suntikan insulin atau pompa insulin untuk menyeimbangkan kadar gula tubuh.

Tetapi mungkin ada pilihan lain yang dipersonalisasi di cakrawala, menurut Xiaojun “Lance” Lian, profesor teknik biomedis dan biologi di Penn State. Untuk pertama kalinya, Lian dan timnya mengubah sel punca manusia menjadi sel beta yang mampu memproduksi insulin hanya dengan menggunakan molekul kecil di laboratorium, membuat prosesnya lebih efisien dan hemat biaya.

Sel induk dapat menjadi jenis sel lain melalui sinyal di lingkungan mereka, dan beberapa sel dewasa dapat kembali ke sel induk — pluripotensi yang diinduksi. Para peneliti menemukan bahwa pendekatan mereka bekerja untuk sel induk pluripoten embrionik dan induksi manusia, keduanya berasal dari garis sel induk yang disetujui secara federal. Menurut Lian, keefektifan pendekatan mereka dapat mengurangi atau menghilangkan kebutuhan sel induk embrionik manusia di masa depan. Mereka mempublikasikan hasil mereka hari ini (26 Agustus) di Laporan Sel Punca.

“Diabetes adalah penyakit parah di Amerika Serikat dan di seluruh dunia,” kata Lian. “Sel kekebalan pasien sendiri membunuh kemampuan mereka untuk memproduksi insulin dan mengatur kadar glukosa mereka. Kami pikir sel induk berpotensi memecahkan masalah dan memungkinkan seseorang untuk mengatur kadar insulin dan glukosa mereka dengan tepat lagi.”

Sel punca dapat menjadi jenis sel apa pun melalui kondisi lingkungan atau gangguan laboratorium. Triknya, kata Lian, adalah mencari tahu kondisi yang tepat untuk mengubah sel induk menjadi versi yang berfungsi dari jenis sel yang diinginkan.

“Jika kita bisa mengubah sel punca menjadi sel beta pankreas dan mentransfernya kembali ke pasien, mungkin bisa menyembuhkan diabetes,” kata Lian. “Ini pertanyaan yang sulit. Para ilmuwan telah berusaha menemukan solusi selama lebih dari 20 tahun. Laboratorium kami menyadari bahwa kami harus mengambil pendekatan yang berbeda.”

Dalam upaya sebelumnya, menurut Lian, peneliti menggunakan faktor pertumbuhan, atau kelompok protein, untuk memanipulasi sel punca menjadi berbagai jenis sel. Faktor pertumbuhan, bagaimanapun, mahal dan tidak stabil, menghasilkan proses manufaktur yang mahal dan tidak efisien.

“Pada 2012, tim kami menemukan mediator molekuler yang benar-benar baru yang dapat membedakan sel punca ke tahap mesoderm atau endoderm, yang merupakan titik perkembangan menuju sel dewasa,” kata Lian, mencatat proses yang menggunakan molekul organik kecil. daripada faktor pertumbuhan yang lebih besar. “Molekul kecil ini jauh lebih murah dan jauh lebih stabil daripada faktor pertumbuhan, dan kami masih bisa meniru efek faktor pertumbuhan untuk membedakan sel induk ke tahap perantara.”

Molekul kecil terdiri dari senyawa kimia yang disebut CHIR99021 (CHIR) dan mengaktifkan jalur sinyal yang disebut Wnt, yang mengarahkan sel ke salah satu jenis perantara. Ketika Wnt diaktifkan sepenuhnya, sel menjadi mesoderm dan, akhirnya, menjadi sel jantung yang matang. Tetapi dosis CHIR yang lebih kecil hanya mengaktifkan sebagian jalur Wnt, menghasilkan sel endoderm yang dapat dibujuk menjadi sel beta pankreas atau sel hati yang matang.

“Tidak ada orang lain yang menemukan ini karena Anda harus mengoptimalkan konsentrasi CHIR dengan tepat dan hati-hati,” kata penulis pertama Yuqian Jiang, seorang mahasiswa doktoral teknik biomedis di lab Lian. “Kami tahu CHIR penting untuk diferensiasi sel punca, tetapi yang lain mungkin menguji hanya satu konsentrasi bahan kimia ini di luar target dan menganggapnya tidak berfungsi sama sekali. Kami menguji semua kemungkinan konsentrasi dan menemukan konsentrasi yang tepat untuk membedakan sel punca menjadi sel endoderm. .”

Para peneliti memberi dosis sel dengan peningkatan konsentrasi CHIR. Mereka menemukan dosis terendah tidak cukup untuk mengubah sel, sedangkan dosis yang lebih tinggi membunuh sel sepenuhnya. Pada dosis terendah kedua dan ketiga, hingga 87% sel punca menjadi sel endoderm yang selanjutnya dapat dipandu menjadi sel beta pankreas.

“Diferensiasi sel beta membutuhkan waktu sekitar satu bulan, dengan penambahan campuran kimia berbeda yang dibuat oleh penelitian sebelumnya pada langkah yang berbeda,” kata Jiang. “Tetapi protokol sebelumnya menggunakan faktor pertumbuhan untuk memajukan sel punca menjadi sel endoderm. Protokol kami menghilangkan kebutuhan itu, menghemat biaya sambil tetap membuat jumlah sel yang baik.”

Para peneliti juga menguji sel beta pankreas yang dikembangkan dengan glukosa. Sel-sel memproduksi insulin berdasarkan glukosa yang ada di lingkungan mereka, menunjukkan fungsinya, kata Lian. Untuk menjaga tubuh pasien dari membunuh sel-sel ini – masalah awal bagi orang dengan diabetes tipe 1 – para peneliti berencana untuk merangkum sel-sel induk rekayasa sel beta diturunkan dengan polimer biomaterial sebelum transplantasi mereka. Menurut Lian, ini akan melindungi sel sambil tetap memungkinkan mereka untuk merasakan lingkungan mereka dan membuat tingkat insulin yang sesuai.

“Pendekatan kami memungkinkan kami untuk menggunakan bahan kimia berbiaya rendah yang sama pada dosis berbeda untuk menghasilkan jenis sel perantara yang berbeda, salah satunya dapat menjadi sel beta pankreas,” kata Lian. “Kami sekarang bekerja untuk mengoptimalkan pendekatan ini dan memindahkannya ke uji klinis, tetapi kami telah melakukan kerja keras untuk menurunkan biaya secara signifikan. Terapi sel luar biasa, tetapi tidak semua orang mampu membelinya. Tujuan kami adalah membuatnya tersedia kepada semua orang yang membutuhkannya.”

Lian juga berafiliasi dengan Huck Institute of the Life Sciences.

“Ketika saya pertama kali mendengar Lance berbicara tentang apa yang dia coba lakukan, saya kagum dengan keberaniannya,” kata Andrew Read, direktur Huck Institutes of the Life Sciences. “Karyanya melambangkan jenis sains yang bertujuan untuk sepenuhnya mengubah permainan. Saya sangat senang dia telah mencapai tonggak penting ini.”

Kontributor lainnya termasuk anggota lab Lian, Chuanxin Chen, yang lulus pada tahun 2018 dan sekarang bekerja di Bioland Laboratory di China, dan Lauren N. Randolph, seorang sarjana pascadoktoral di Departemen Teknik Biomedis dan Institut Ilmu Hayati Huck. Xin Zhang dan Songtao Ye, dengan Departemen Kimia di Eberly College of Science; dan Xiaoping Bao, dengan Davidson School of Chemical Engineering di Purdue University, juga berkontribusi.

Institut Nasional Pencitraan Biomedis dan Rekayasa Hayati dari Institut Kesehatan Nasional, Yayasan Sains Nasional, dan Penn State mendukung pekerjaan ini.


Referensi Jurnal :

  1. Yuqian Jiang, Chuanxin Chen, Lauren N. Randolph, Songtao Ye, Xin Zhang, Xiaoping Bao, Xiaojun Lance Lian. Generasi progenitor pankreas dari sel induk berpotensi majemuk manusia oleh molekul kecil . Laporan Sel Punca , 2021; DOI: 10.1016/j.stemcr .2021.07.021
Exit mobile version