В 2014 году лаборатория Дугласа Мелтона впервые показала, что стволовые клетки могут быть преобразованы в функциональные бета-клетки, сделав шаг в направлении предоставления пациентам их собственного источника инсулина. В этом начальном процессе бета-клетки составляли 30 процентов конечной смеси клеток.
«Чтобы улучшить показатели с 30 процентов, нам нужно было действительно понять остальные 70 процентов образующихся клеток», – сказал Адриан Верес, аспирант лаборатории Мелтона и ведущий автор текущего исследования. «До недавнего времени мы не могли взять образец наших клеток и спросить, какие типы клеток там были.
Теперь, когда произошла революция в секвенировании отдельных клеток, мы можем перейти от нуля к полному списку."
Двухступенчатое обогащение
«Мы применили секвенирование отдельных клеток и молекулярную биологию, чтобы описать типы клеток, которые мы смогли получить из стволовых клеток. «Начало манипуляции – всегда знать, с чем вы работаете», – сказал Мелтон, профессор стволовых клеток и регенеративной биологии Университета Ксандера и содиректор Гарвардского института стволовых клеток.
Все клетки содержат один и тот же набор генов, но типы клеток различаются в зависимости от того, какие гены активны или экспрессируются. Исследователи использовали секвенирование одной клетки, чтобы идентифицировать полный каталог генов, экспрессируемых в десятках тысяч отдельных клеток.
Затем они сгруппировали клетки на основе их паттернов экспрессии.
Как и ожидалось, некоторые из клеток имели паттерны экспрессии генов, аналогичные клеткам, вырабатывающим гормоны в поджелудочной железе человека: альфа-клетки, продуцирующие глюкагон, и бета-клетки, продуцирующие инсулин. (Неожиданно исследователи также определили новый тип клеток, которые вырабатывают нейротрансмиттер серотонин.)
Команда также обнаружила белок, который экспрессируется только на бета-клетках.
Это означало, что они могли использовать его как биологический «крючок», чтобы выловить бета-клетки из смеси.
Ученые, сотрудничающие с Semma Therapeutics, разработали второй метод обогащения бета-клеток: физическое разделение всех клеток в смеси, а затем их объединение в кластеры.
Эта кластеризация увеличила количество бета-клеток. Он был основан на гипотезе о том, что клетки, вырабатывающие гормоны, больше притягиваются друг к другу, чем к клеткам, которые не производят гормоны.
Вместе эти два метода повысили чистоту бета-клеток в образце преобразованных стволовых клеток с 30 до 80 процентов.
«Поскольку мы работаем над введением пациентам бета-клеток, полученных из стволовых клеток, более чистая смесь означает, что мы можем использовать меньшее, менее инвазивное устройство для доставки того же количества функциональных клеток», – сказала Фелиция Паглюка, вице-президент отдела исследований в области клеточной биологии. Разработка в Semma Therapeutics.
Оптимизация смеси
Возможность контролировать процентное содержание бета-клеток в смеси является ключевым моментом в этом исследовании. Теперь исследователи могут сосредоточиться на том, какой будет оптимальная смесь типов клеток.
"Большой вопрос для нас прямо сейчас заключается в том, являются ли 80% бета-клеток тем, что мы хотим", – сказал Верес. "Может быть, вам нужно больше других типов клеток, чтобы помочь регулировать бета-клетки, чтобы они функционировали правильно. Мы собираемся выяснить, как типы клеток взаимодействуют друг с другом."