Progressi nelle cellule staminali produttrici di insulina per il diabete di tipo 1 / Advances in Stem Cell‑Derived Insulin‑Producing Cells for Type 1 Diabetes

Progressi nelle cellule staminali produttrici di insulina per il diabete di tipo 1 / Advances in Stem Cell‑Derived Insulin‑Producing Cells for Type 1 Diabetes

Segnalato dal Dott. Giuseppe Cotellessa / Reported by Dr. Giuseppe Cotellessa

I ricercatori del Karolinska Institutet e del KTH Royal Institute of Technology hanno sviluppato un metodo migliorato per creare cellule produttrici di insulina a partire da cellule staminali umane. In uno studio recentemente pubblicato, il gruppo ha dimostrato che queste cellule regolano efficacemente i livelli di zucchero nel sangue nei test di laboratorio e possono invertire il diabete nei topi.

"Abbiamo sviluppato un metodo che permette di produrre in modo affidabile cellule produttrici di insulina di alta qualità a partire da diverse linee di cellule staminali umane", ha affermato Per-Olof Berggren, PhD, professore presso il Dipartimento di Medicina Molecolare e Chirurgia del Karolinska Institutet. "Questo apre nuove opportunità per future terapie cellulari personalizzate, che potrebbero ridurre il rigetto immunitario". Berggren e Siqin Wu, PhD, ricercatrice presso Spiber Technologies AB (precedentemente al Karolinska Institutet), sono co-autori corrispondenti dell'articolo pubblicato su Stem Cell Reports , intitolato " Un protocollo ottimizzato per la derivazione efficiente di isole pancreatiche da diverse linee di cellule staminali pluripotenti umane ".

Il diabete di tipo 1 (T1D) si verifica quando il sistema immunitario distrugge le cellule del pancreas che producono insulina, il che significa che il corpo non è più in grado di assorbire il glucosio dal sangue e regolare i livelli di zucchero nel sangue. "Nel diabete di tipo 1 (T1D), la distruzione autoimmune delle cellule β provoca la perdita del controllo glicemico", hanno scritto gli autori.

Una possibile strategia terapeutica consiste nel sostituire queste cellule con nuove. Tuttavia, i metodi precedenti per produrre tali cellule a partire da cellule staminali hanno spesso dato risultati contrastanti. La terapia con cellule staminali per il diabete di tipo 1 è già in fase di sperimentazione in diversi studi clinici. Tuttavia, una delle difficoltà riscontrate con i metodi precedenti è che le cellule staminali spesso si sviluppano in una combinazione di tipi cellulari desiderati ed indesiderati, aumentando il rischio di complicanze. Un'altra difficoltà è che le cellule produttrici di insulina create spesso non sono sufficientemente mature per rispondere adeguatamente al glucosio.

"Il successo della terapia cellulare per il diabete di tipo 1 (T1D) dipende da una differenziazione affidabile delle cellule staminali in isole pancreatiche funzionali", hanno osservato gli autori. Hanno sottolineato che i protocolli precedenti hanno mostrato un'efficienza variabile a seconda delle diverse linee di cellule staminali pluripotenti umane (hPSC). "La differenziazione oltre lo stadio (S) 4 di progenitore pancreatico (PP) produce spesso colture eterogenee contenenti cellule non endocrine proliferative e cellule endocrine immature... aumentando il rischio di formazione di cisti o tumori", ha ulteriormente commentato il gruppo.

Il processo di produzione recentemente ottimizzato, descritto da Berggren e colleghi, produce cellule produttrici di insulina più mature e pure rispetto ai metodi precedenti. In laboratorio, le cellule sono state in grado di secernere insulina e hanno mostrato una forte risposta al glucosio. Quando i ricercatori hanno trapiantato queste cellule in topi diabetici indotti da streptozotocina (STZ), gli animali hanno gradualmente recuperato la capacità di regolare la glicemia. "Modificando le fasi di coltura e permettendo alle cellule di formare autonomamente aggregati tridimensionali, si eliminano molti tipi di cellule indesiderate e le cellule acquisiscono una migliore capacità di rispondere al glucosio", affermano i ricercatori. "Le analisi a singola cellula dimostrano che le isole SC sono prive di popolazioni di cellule non endocrine prima e dopo il trapianto", conclude il gruppo.

Il trapianto è stato eseguito nella camera anteriore dell'occhio (ACE), che offre un sito trasparente e accessibile per il monitoraggio non invasivo delle isole pancreatiche trapiantate attraverso la cornea, ha sottolineato il gruppo. Il trapianto in questo compartimento è inoltre semplice e minimamente invasivo. Nel loro articolo, il gruppo ha osservato: "I test di tolleranza al glucosio intraperitoneale (IPGTT) a tre, quattro e sei mesi dal trapianto hanno mostrato un miglioramento della gestione del glucosio nel tempo... Il trapianto di isole pancreatiche ha invertito l'iperglicemia entro tre mesi e, dopo cinque-sei mesi, i livelli di glucosio nel sangue sono scesi leggermente al di sotto dei valori basali pre-STZ".

Berggren ha commentato: "Questa è una tecnica che utilizziamo per monitorare lo sviluppo e la funzione delle cellule nel tempo in modo minimamente invasivo. Abbiamo osservato che le cellule maturano gradualmente dopo il trapianto, mantenendo la loro capacità di regolare la glicemia per diversi mesi, il che dimostra il loro potenziale per futuri trattamenti."

Fredrik Lanner, PhD, professore presso il Dipartimento di Scienze Cliniche, Intervento e Tecnologia del Karolinska Institutet ed ultimo autore dell'articolo, ha aggiunto: "Questo potrebbe risolvere molti dei problemi che in precedenza hanno ostacolato lo sviluppo di trattamenti basati sulle cellule staminali per il diabete di tipo 1. Partendo da questo, lavoreremo verso la traslazione clinica con l'obiettivo di trattare il diabete di tipo 1". Nel loro rapporto, gli autori hanno concluso: "Il nostro protocollo ha generato isole pancreatiche SC sensibili al glucosio da tutte le otto linee di cellule staminali pluripotenti umane testate... dimostrando il potenziale per applicazioni autologhe... Il nostro efficiente protocollo di differenziazione rappresenta un passo fondamentale verso la terapia cellulare autologa, sebbene siano necessari ulteriori studi per raggiungere questo obiettivo".

ENGLISH

Researchers at Karolinska Institutet and KTH Royal Institute of Technology have developed an improved method for creating insulin-producing cells from human stem cells. In a newly published study, the team demonstrated that these cells effectively regulate blood sugar levels in laboratory tests and can reverse diabetes in mice.

“We have developed a method that reliably produces high-quality insulin-producing cells from multiple human stem cell lines,” said Per-Olof Berggren, PhD, professor at the Department of Molecular Medicine and Surgery, Karolinska Institutet. “This opens up opportunities for future patient-specific cell therapies, which could reduce immune rejection.” Berggren and Siqin Wu, PhD, researcher at Spiber Technologies AB (formerly at Karolinska Institutet), are co-corresponding authors of the researchers’ published paper in Stem Cell Reports, titled “An optimized protocol for efficient derivation of pancreatic islets from multiple human pluripotent stem cell lines.”

Type 1 diabetes (T1D) occurs when the immune system destroys insulin-producing cells in the pancreas, meaning the body can no longer absorb glucose from the blood and regulate blood sugar levels. “In type 1 diabetes (T1D), autoimmune destruction of β cells results in loss of glycemic control,” the authors wrote.

One possible treatment strategy is to replace these cells with new ones. However, previous methods of producing such cells from stem cells have often yielded mixed results. Stem cell therapy for type 1 diabetes is already being tested in several clinical trials. However, a challenge with previous methods is that the stem cells often develop into a combination of the desired and undesired cell types, increasing the risk of complications. Another challenge is that the insulin-producing cells created are often not mature enough to respond well to glucose.

“The success of cell therapy for type 1 diabetes (T1D) depends on reliable differentiation of stem cells into functional pancreatic islets,” the authors noted. They pointed out that previous protocols have exhibited variable efficiency across different human pluripotent stem cell (hPSC) lines. “Differentiation beyond the stage (S) 4 pancreatic progenitor (PP) stage frequently yields heterogeneous cultures containing proliferative non-endocrine cells and immature endocrine cells … increasing the risk of cyst or tumor formation,” the team further commented.

The newly optimized production process reported by Berggren and colleagues yields more mature and purer insulin-producing cells than previous methods. In a laboratory setting, the cells were able to secrete insulin and responded strongly to glucose. When the researchers transplanted these cells into streptozotocin (STZ)-induced diabetic mice, the animals gradually regained the ability to regulate their blood sugar. “By adjusting the culture steps and allowing the cells to form three-dimensional clusters themselves, many unwanted cell types are eliminated and the cells gain a better ability to respond to glucose, according to the researchers. “Single-cell analyses show that the SC-islets are free of non-endocrine cell populations before and after transplantation,” the team stated.

The transplantation was performed in the anterior chamber of the eye (ACE) which provides a transparent and accessible site for noninvasive monitoring of engrafted SC-islets through the cornea, the team pointed out. Transplantation into this compartment is also straightforward and minimally invasive.  In their paper, the team noted, “Intraperitoneal glucose tolerance tests (IPGTT) at three, four, and six months post-transplantation showed improved glucose handling over time … SC-islet transplantation reversed hyperglycemia by three months, and by five–six months blood glucose levels fell slightly below pre-STZ baselines.”

Berggren commented, “This is a technique we use to monitor the development and function of the cells over time in a minimally invasive way. We observed that the cells gradually matured after transplantation, retaining their ability to regulate blood sugar for several months, which demonstrates their potential for future treatments.”

Fredrik Lanner, PhD, professor at the Department of Clinical Science, Intervention and Technology, Karolinska Institutet, and last author of the paper, added, “This could solve several of the problems that have previously hindered the development of stem cell-based treatments for type 1 diabetes. Building on this, we will work towards clinical translation aiming at treating type 1 diabetes.” In their report the authors concluded, “Our protocol generated glucose-responsive SC-islets from all eight hPSC lines tested … demonstrating potential for autologous applications … Our efficient differentiation protocol represents a key step toward autologous cell therapy, though further work is required to realize this goal.”

Da:

https://www.genengnews.com/topics/translational-medicine/advances-in-stem-cell%E2%80%91derived-insulin%E2%80%91producing-cells-for-type-1-diabetes/?_hsenc=p2ANqtz-9T86XIMIdJ8LclO0wx_NNSPOvZbJJs026epXJ9AGwDyJEkVxexeHbvWQDIug4ygoe3jm7u0tXxUyYVWUOCL2J1SHVRp4L3UZzGyM-sogdUFLQqeUc&_hsmi=414322788