Hva er årsaken til type 1 diabetes? Hvorfor forskere kartlegger celler for å finne ut

Det er omtrent 100 billioner celler som utgjør menneskekroppen. En ny mega-vitenskapelig innsats vil katalogisere og bilde hver av de 200 eller flere celletyper fra de 80 kjente organene og identifisere genene som er aktive i disse cellene.

Denne nye innsatsen følger på hælene i Human Genome Project som oppslukt biologi i 1990-tallet og tidlig 2000-tallet. Nå har forskere oppfattet en ny og spennende utfordring: Å lage et mobilkart over hele menneskekroppen, et prosjekt kalt Human BioMolecular Atlas Programme eller HuBMAP. Universitetet i Florida er en av fem deltakende sentre for kartlegging av vev. Her på UF-senteret blir vi belastet med kartlegging av tymus, lymfeknute og milt - alle viktige komponenter i immunsystemet.

Jeg har studert Type 1 diabetes, eller juvenil diabetes, i nesten 35 år, og sammen med mine andre kolleger ved UF Diabetes Institute har jeg forsøkt å finne en måte å forebygge og kurere sykdommen på. Dette har vært en utfordring til nylig, fordi vi ikke visste hva som forårsaket type 1 diabetes.

Vårt mål som et vev kartleggingssenter er å identifisere de unike celletyper, hvilke proteiner de produserer, og hvilke gener er slått på, og bygge en virtuell tredimensjonal modell av hvert organ. Dette kartet vil informere forskningen om mange sykdommer, inkludert type 1 diabetes.

Hvorfor er forståelsen av årsakene til type 1 diabetes viktig?

Vi vet at type 1 diabetes er en såkalt "autoimmun lidelse." I type 1 diabetes, antas immunceller kjent som "T-lymfocytter" å ødelegge pankreas-beta-cellene som er ansvarlige for å produsere insulin, som regulerer nivået av sukker i vårt blod.

For over ti år siden, frustrert av manglende evne til å forebygge og kurere sykdommen, begynte jeg et initiativ for å samle humane pankreaser fra organdonorer med type 1 diabetes, så vel som de som ikke hadde sykdommen. Sistnevnte gruppe ble samlet for å gi en forståelse av en "normal" sunn bukspyttkjertel. Hittil har vi samlet bukspyttkjertelen fra mer enn 500 personer. Vi har distribuert disse vevene til rundt 230 prosjekter i 21 land rundt om i verden. Resultatet av denne innsatsen har ført til nye funn som har omskrevet vår forståelse av hvordan denne sykdommen utvikler seg.

Pasienter diagnostisert med type 1 diabetes, omtrent 25 000 per år i USA alene, står overfor en livslang avhengighet av daglige insulininjeksjoner for å overleve og har høy risiko for å utvikle langsiktige medisinske komplikasjoner, inkludert blindhet, nyresykdom, nummen føtter, lemmer amputasjoner og kardiovaskulær sykdom. I dag er det anslått at nesten 1,25 millioner mennesker i USA lever med denne lidelsen.

Som forstyrrende da disse komplikasjonene er for personer med sykdommen, er det kanskje enda mer skremmende de mange daglige livsstilsfaktorene som må kontrolleres eller regnes for å holde sykdommen i sjakk: overvåking av karbohydrater, estimering av trening, evaluering av blodsukkernivå og administrering av insulin for å unngå både høye og lave blodsukkernivåer. Disse representerer bare noen få av de daglige sykdomsrelaterte utfordringene.

Av disse grunnene har målet med vår kollektive forskningsinnsats ved UF Diabetes Institute alltid vært å forstå hva som forårsaker denne sykdommen. Å vite det vil gjøre det mulig for oss å forutsi hvem som er i fare, identifisere måter å hindre sykdomsprogresjonen og utvikle en kurativ terapi.

Hvorfor studere disse organene?

Type 1 diabetes er bare en av mer enn 80 kjente autoimmune sykdommer som, av grunner ukjent, slår immunsystemet mot seg selv. Utover autoimmunitet er immunrespons også en viktig bestanddel i helse når det gjelder bekjempelse av kreft og smittsomme sykdommer. Fra vår erfaring, som studerer bukspyttkjertelen og type 1 diabetes, ser vi gode fremskritt i å forstå rollen for immunitet i hver av disse innstillingene gjennom kartlegging. Det vil tillate et dypt dykk av hvordan immunforsvaret fungerer.

I et sunt individ blir T-celler bare aktive når de reagerer på infeksjon eller kreftceller. Men hos de som er utsatt for autoimmun sykdom, kan visse T-celler bli feilaktig aktivert av "selv" proteiner, som fører dem til å ødelegge sunt vev.

Under andre omstendigheter - som kreft eller infeksjonssykdom - immunforsvaret ikke gir et robust nok respons for å være effektivt. Eller celler i immunsystemet sprer seg ukontrollert, noe som fører til blod og lymfatiske kreftformer som lymfom og leukemi. Dette er grunnen til at tymus, milt og lymfeknute er vev av interesse for de som studerer det sunne humane immunsystemet. Forskere må forstå den sunne basislinjen for alle disse organene, slik at vi kan gjenkjenne når ting begynner å fungere og forandre, som fører til autoimmun sykdom, kreft og infeksjonssykdom. Uttrykt på en annen måte må vi først forstå hva som utgjør det normale lymfatiske systemet gjennom hele menneskets levetid.

Hvorfor er definere normalt viktig?

Du lurer kanskje på hvor akkurat vi får disse normale cellene. Som vi har gjort i løpet av de siste 11 årene, vil vi få tak i menneskevev fra transplantatkvalitet fra avdøde organdonorer gjennom Organ Procurement Organizations, etter at et familiemedlem eller juridisk eksekutor gir informert samtykke. Gitt på en tid av å sørge, er disse dyrebare anatomiske gaver, som i tilfelle av milt, tymus og lymfeknute ikke anvendelige for livreddende transplantasjonsprosedyrer, en uunnværlig ressurs for vitenskapelig etterforskning og oppdagelse.

Bare vev som anses "normale" - upåvirket av kjente eller observerbare patologier - vil bli inkludert i disse innledende studiene. Vi skal samle vev fra givere som spenner fra spedbarn til voksne opptil 70 år. Vi håper dette vil gi innsikt i hvordan alderen endrer typer og helse for alle cellene i hvert organ.

Ved UF Diabetes Institute et tverrfaglig team, inkludert cellulære og molekylære biologer, vil hematopatologer som studerer kliniske lymfatiske prøver, biomedisinske ingeniører, immunologer og mange andre samarbeide for HuBMAP-programmet. Faktisk vil UF-vevs kartleggingssenteret samarbeide omfattende med et globalt nettverk av eksperter innen banebrytende mikroskopi og datainnsamling.

Vi etablerer en bildebehandlingsrørledning for å oppdage dusinvis av protein- og RNA-molekyler som karakteriserer nerve, blodkar, det støttende vevet kjent som stroma og immunceller fra skiver av vev, ved å bruke åtte forskjellige former for mikroskopi.

Innenfor HuBMAPs første to år planlegger vi å kartlegge milten, tymus og lymfeknude fra 11 organdonorer.

Vi forventer at de resulterende dataene vil avsløre nye celletyper, molekylære og cellulære strukturer, cellecelleinteraksjoner og deres funksjonelle implikasjoner i menneskelig anatomi og fysiologi. Derfor forventes det tredimensjonale Human BioMolecular Atlas Programmet med høy oppløsning å lette oppdagelsen.

Når jeg slår på slutten av 50-tallet i livet, øker antall kolleger, venner og familiemedlemmer som påvirkes av sykdom årlig. Jeg ble også nylig bestefar. Jeg vil gjerne tenke hva vi foreslår å gjøre, ha en dramatisk innvirkning på menneskers helse for både nåværende og fremtidige generasjoner. Det ville være en eldgamle gave.

Denne artikkelen ble opprinnelig publisert på The Conversation av Mark Atkinson. Les den opprinnelige artikkelen her.