Wat is de oorzaak van diabetes type 1? Waarom wetenschappers cellen toewijzen om erachter te komen

Er zijn ongeveer 100 biljoen cellen waaruit het menselijk lichaam bestaat. Een nieuwe mega-wetenschappelijke onderneming zal elk van de 200 of meer soorten cellen van de 80 bekende organen catalogiseren en afbeelden en de genen identificeren die actief zijn in deze cellen.

Deze nieuwe inspanning volgt op het Human Genome Project dat de biologie overspoelde in de jaren 1990 en vroege 2000s. Nu hebben wetenschappers een nieuwe en opwindende uitdaging bedacht: om een ​​cellulaire kaart van het hele menselijke lichaam te maken, een project genaamd het Human BioMolecular Atlas-programma of HuBMAP. De Universiteit van Florida is een van de vijf deelnemende weefselkarteringscentra. Hier bij het UF Centre zijn we belast met het in kaart brengen van de thymus, lymfeklier en milt - alle belangrijke componenten van het immuunsysteem.

Ik bestudeer al bijna 35 jaar type 1 diabetes, of juveniele diabetes, en samen met mijn andere collega's van het UF Diabetes Institute, heb ik geprobeerd een manier te vinden om de ziekte te voorkomen en te genezen. Dit was tot voor kort een uitdaging, omdat we niet wisten wat de oorzaak was van Type 1 diabetes.

Ons doel als centrum voor weefseltoewijzing is om de unieke soorten cellen te identificeren, welke eiwitten ze produceren en welke genen zijn ingeschakeld, en een virtueel driedimensionaal model van elk orgaan te bouwen. Deze kaart zal het onderzoek van vele ziekten informeren, waaronder Type 1 diabetes.

Waarom is de oorzaak van diabetes type 1 te begrijpen?

We weten dat diabetes type 1 een zogenaamde "auto-immuunziekte" is. Bij type 1 diabetes wordt gedacht dat immuuncellen bekend als "T-lymfocyten" de bètacellen van de pancreas vernietigen die verantwoordelijk zijn voor de productie van insuline, die het suikergehalte reguleert in ons bloed.

Iets meer dan een decennium geleden, gefrustreerd door het onvermogen om de ziekte te voorkomen en te genezen, begon ik een initiatief om menselijke pancreases te verzamelen van orgaandonoren met Type 1 diabetes en diegenen zonder de ziekte. De laatste groep werd verzameld om inzicht te verschaffen in een "normale" gezonde alvleesklier. Tot op heden hebben we de alvleesklier verzameld van meer dan 500 personen. We hebben deze weefsels verdeeld over zo'n 230 projecten in 21 landen over de hele wereld. De resultaten van deze inspanning hebben geleid tot nieuwe ontdekkingen die ons inzicht in de ontwikkeling van deze ziekte hebben herschreven.

Patiënten met de diagnose type 1 diabetes, zo'n 25.000 per jaar alleen al in de VS, hebben een levenslange afhankelijkheid van dagelijkse insuline-injecties om te overleven en hebben een hoog risico op het ontwikkelen van medische complicaties op lange termijn, waaronder blindheid, nieraandoeningen, gevoelloze voeten, ledematen amputaties en hart- en vaatziekten. Tegenwoordig leven naar schatting bijna 1,25 miljoen mensen in de VS met deze aandoening.

Hoe schokkend deze complicaties ook zijn voor mensen met de ziekte, misschien nog wel lastiger zijn de vele dagelijkse levensstijlfactoren die moeten worden gecontroleerd of verantwoord om de ziekte onder controle te houden: koolhydraten controleren, beweging schatten, bloedsuikerspiegels evalueren en insuline toedienen om zowel hoge als lage bloedglucosewaarden te vermijden. Deze vertegenwoordigen slechts enkele van de dagelijkse ziektegerelateerde uitdagingen.

Om deze redenen is het doel van onze collectieve onderzoeksinspanningen bij het UF Diabetes Institute altijd geweest om te begrijpen wat deze ziekte veroorzaakt. Wetende dat dit ons in staat zou stellen te voorspellen wie er risico loopt, manieren te vinden om de progressie van de ziekte te voorkomen en een curatieve therapie te ontwikkelen.

Waarom deze organen bestuderen?

Type 1-diabetes is slechts één van de meer dan 80 bekende auto-immuunziekten die om onbekende redenen het immuunsysteem tegen zichzelf keert. Naast auto-immuniteit zijn immuunreacties ook een belangrijk bestanddeel van de gezondheid in de strijd tegen kanker en infectieziekten. Uit onze ervaring, het bestuderen van de alvleesklier en Type 1 diabetes, zien we grote vooruitgang in het begrijpen van de rol van immuniteit in elk van deze instellingen via mapping. Het zal een diepe duik toelaten van hoe het immuunsysteem werkt.

Bij een gezond individu worden T-cellen alleen actief bij het reageren op infectie of kankercellen. Maar bij mensen met een voorliefde voor auto-immuunziekten, kunnen bepaalde T-cellen per abusievelijk geactiveerd worden door 'zelf'-eiwitten, waardoor ze gezond weefsel vernietigen.

In andere omstandigheden - zoals kanker of infectieziekten - biedt het immuunsysteem onvoldoende robuustheid om effectief te zijn. Of cellen van het immuunsysteem prolifereren ongecontroleerd, wat leidt tot bloed- en lymfatische kankers zoals lymfomen en leukemie. Dit is de reden waarom de thymus, milt en lymfeklier van belang zijn voor mensen die het gezonde menselijke immuunsysteem bestuderen. Onderzoekers moeten de gezonde basislijn voor al deze organen begrijpen, zodat we kunnen herkennen wanneer dingen beginnen te storen en veranderen, wat leidt tot auto-immuunziekten, kanker en infectieziekten. Op een andere manier uitgedrukt, moeten we eerst begrijpen wat het normale lymfatische systeem gedurende de menselijke levensduur vormt.

Waarom is definitie van normaal belangrijk?

Je vraagt ​​je misschien af ​​waar we deze normale cellen precies krijgen. Zoals we in de afgelopen 11 jaar hebben gedaan, zullen we transplantatie-grade menselijke weefsels van overleden orgaandonoren verkrijgen via organisaties voor orga nisatie, nadat een familielid of wettelijke uitvoerder geïnformeerde toestemming heeft gegeven. Deze kostbare anatomische geschenken, die in het geval van milt, thymus en lymfeklier niet bruikbaar zijn voor levensreddende transplantatieprocedures, worden gegeven in een tijd van rouw en bieden een onnavolgbare bron voor wetenschappelijk onderzoek en ontdekking.

Alleen weefsels die als "normaal" worden beschouwd - niet beïnvloed door bekende of waarneembare pathologieën - zullen in deze initiële onderzoeken worden opgenomen. We zullen weefsels verzamelen van donors, variërend van baby's tot volwassenen tot 70 jaar oud. We hopen dat dit inzicht verschaft in hoe leeftijd de soorten en de gezondheid van alle cellen in elk orgaan verandert.

Bij het UF Diabetes Institute werkt een multidisciplinair team met cellulaire en moleculair biologen, hematopathologen die klinische lymfatische monsters, biomedische ingenieurs, immunologen en vele anderen bestuderen samen voor het HuBMAP-programma. Inderdaad, het UF tissue mapping center zal uitgebreid samenwerken met een wereldwijd netwerk van experts op het gebied van geavanceerde microscopie en gegevensverzameling.

We zetten een pijplijn voor beeldvorming op om tientallen eiwit- en RNA-moleculen te detecteren die de zenuw, het bloedvat, het ondersteunende weefsel dat bekend staat als stroma en immuuncellen uit weefselplakjes kenmerken, met behulp van acht verschillende vormen van microscopie.

Binnen HuBMAP's eerste twee jaar zijn we van plan om de milt, thymus en lymfeklier in kaart te brengen van 11 orgaandonoren.

We verwachten dat de resulterende gegevens nieuwe celtypen, moleculaire en cellulaire structuren, cel-celinteracties en hun functionele implicaties voor de menselijke anatomie en fysiologie zullen onthullen. Daarom wordt verwacht dat het driedimensionale Human BioMolecular Atlas-programma met hoge resolutie de ontdekking zal vergemakkelijken.

Toen ik eind jaren 50 in mijn leven toesloeg, neemt het aantal collega's, vrienden en familieleden dat wordt beïnvloed door ziekte jaarlijks toe. Ik ben onlangs ook een grootvader geworden. Ik zou graag willen nadenken over wat we voorstellen om een ​​dramatische impact te hebben op de menselijke gezondheid voor zowel huidige als toekomstige generaties. Dat zou een legaat geschenk zijn.

Dit artikel is oorspronkelijk gepubliceerd op The Conversation door Mark Atkinson. Lees hier het originele artikel.