|
|
|
Terapia celulara a diabetului zaharat tip I
Summary
The cellular therapy of type 1 diabetes mellitus
Type 1 diabetes it's an autoimmune disease in which pancreatic beta cells are destroyed. The classical method of treatment, including substituted insulin injection, creates discomfort for patients Nowadays as alternative methods of type 1 diabetes treatment is: autogenous or alogenous cells transplantation, embryonic stem cells, xenogenous transplantation and genetic therapy.
Rezumat
Diabetul zaharat de tip I este o maladie autoimuna caracterizata prin distrugerea celulelor beta pancreatice. Terapia clasica se efectueaza prin administrarea substitutiva a insulinei creand astfel un disconfort pentru bolnavi. Actualmente ca metode alternative de tratament se utilizeaza transplantarea autogena, transplantul alogen, celulele stem embrionare, xenotransplantul si terapia genica.
Cuvinte cheie: Diabetul zaharat de tip I, transplant celular, terapie genica.
Actualitatea temei
Diabetul zaharat este una din problemele majore ale medicinei contemporane, deoarece este o maladie autoimuna si este diagnosticata cand sunt distruse deja 60-80% din celulele insulin-producatoare ale pacientului. Actualmente nu exista metode eficace de a stopa acest proces si acesti bolnavi sunt nevoiti toata viata sa-si administreze insulina.
Conform datelor Organizatiei Mondiale a sanatatii, in prezent, pe glob, peste 240 mln persoane sufera de diabet zaharat, iar potrivit prognozelor, in urmatorii 20 de ani acest numar va constitui 380 milioane [22].
Potrivit datelor statistice, in anul 2006 in Republica Moldova au fost inregistrate 45 845 persoane cu diabet zaharat, inclusiv 393 copii. Pe parcursul anului trecut (2007) au fost inregistrate 6 828 cazuri noi de diabet zaharat, dintre care 56 la copii. 20% din numarul total au diabet de tip I [22]. Anual, din buget, se cheltuie cel putin 30 000 lei per bolnav.
Terapia celulara a diabetului tip I pare mai avantajoasa in comparatie cu alte metode de tratament. Utilizarea celulelor cu proprietati insulin-secretorii diminuiaza necesitatea administrarii insulinei. Tehnologiile celulre ar putea, in caz de gasire a metodelor optime de utilizare, sa diminueze, sau sa excluda dereglarile metabolice ce apar ca rezultata al insuficientei de insulina [4,19].
Metode de tratament
1. Metoda clasica (administrare substituitiva de insulina)
Insulina se administreaza subcutanat si numai in cazul comei diabetice la indicatia medicului - intravenos. La administrarea subcutana activitatea hipoglicemica incepe aproximativ peste 20-30 min de la injectare si finalizeaza in 6-7 ore. Pe cale intravenoasa incepe imediat si se sfarseste dupa 90 min. De regula, bolnavul isi injecteaza singur insulina, de 3 ori pe zi, cu 15 min inaintea fiecarei mese. Dozele se stabilesc in dependenta de toleranta la glucide [10].
O metoda moderna de administrare a insulinei este utilizarea asa numitului "pancreas artificial', care permite eliberarea continua de insulina prin catetere plasate in tesutul subcutanat. Pancreasul artificial contine un senzor, un program computerizat si o pompa de insulina ce calculeaza cantitatea de insulina necesara pentru mentinerea unui nivel normal de glucoza in sange. Pentru prima data a fost utilizat de catre cercetatori din Marea Britanie in ianuarie 2007, la copii cu diabet de tip I. Scopul testelor a fost de a perfecta algoritmul programului astfel incat senzorul de glucoza sa poata transmite datele pompei de insulina in mod eficient si sa imite activitatea unui pancreas normal [22].
2. Grefele autologice
O lucrare de o importanta "globala" a fost publicata in anul 2003 de catre grupul lui Andreea Ianus, unde a fost aratata posibila diferentiere a celulelor MO (maduva osoasa) la soareci in celulele beta in vivo. Celulele MO au fost modificate genetic in asa mod, ca la initierea sintezei insulinei ele incepeau sa produca si proteina fluorescenta verde (la microscopia fluorescenta "lumina in verde"). Peste 4-6 saptamani dupa trasplantare aproximativ 2-3% din celulele MO ale donatorului "luminau", in cazul eficacitatii integrarii de 70-90%. Aceste celule au fost selectate si aveau markerii caracteristici celulelor beta, sintetizau insulina si raspundeau la stimularea cu glucoza [2].
Datele recente sugereaza ca celulele MO au capacitatea de a se diferentia in diferite tipuri de celule inclusiv in celule producatoare de insulina, care formeaza conglomerate de celule insulino-producatoare cu arhitectura similara insulelor Langerhans. Ele contin marcheri caracteristici pentru insulina, glucagon, somatostatina si polipeptidul pancreatic. Cand aceste agregate au fost transplantate sub capsula renala la soarecii hiperglicemici s-a observat micsorarea nivelului glucozei in sange si mentinerea nivelului normal al glucozei circa 90 de zile dupa trasplantare. In afara de aceasta, la microscopia electronica s-a depistat ca acest agregat are ultrastructura tipica celulelor beta mature. Aceste rezultate demonstreaza ca celule mature ale MO sunt apte sa se diferentieze in structuri pancreatice in vitro si posibil reprezinta celulele care pot fi utilizate pentru tratamentul diabetului zaharat [6, 20].
Izolarea celulelor umane a fost performata prin metoda Ricordi. Activitatea celulelor a fost confirmata prin trei metode: colorarea cu detizon (celule ce contineau insulina se colorau in rosu-aprins); colorarea imuno-fluorescenta a chisturilor; RT-PCR-ul semicantitativ pentru insulina [8].
Susan Bonner-Weir si colegii ei
au raportat, ca celulele ductale primare izolate din tesutul
pancreatic uman adult ar putea fi induse sa diferentieze in clastere
ce contin celule ductale si endocrine. Dupa o perioada de 3-4
saptamani de cultivare, celulele secreta o cantitate mica
de insulina fiind expuse la o concentratie mica de glucoza
si o cantitate mare de insulina fiind expuse la o concentratie
mare de glucoza. S-a constatat prin metode histochimice si ultrastructurale ca aceste clastere
contin celule endocrine [3]. Probabil s-ar putea, in principiu, de a
extrage prin biopsie celule ductale de la pacient, ulterior cultivandu-le
pentru a obtine cantitatea necesara de celule, dupa care sa
fie transplantate donatorului[3,11]. Cercetatorii, impreuna cu o
echipa de
3. Celulele stem
Sangele ombilical, fiind o sursa bogata in celule stem hematopoietice si care poate fi usor colectata fara riscuri pentru mama si fat.
Prima lucrare despre transplantarea celulelor din sangele ombilical in cazul diabetului experimental a fost publicata in anul 2002. Ca rezultat al transplantarii s-a micsorat glicemia si a crescut durata de supravietuire a animalelor cu diabet de tip I, dupa introducerea sistematica a celulelor mononucleare din sange ombilical uman. Celulele mononucleare au fost separate din sangele ombilical prin gradientul de centrifugare [9, 20].
In viitor, probabil, va fi posibil sa se colecteze celule stem din sangele priferic, iar dupa cultivare sa le reinfuzeze, dirijindu-le in asa mod, ca ele sa se indrepte anume spre acel organ, care necesita regenerarea, evitandu-se reactia de rejectie a grefei si eliberand recipientul de necesitatea utilizarii preparatelor imunosupresive. Prin utilizarea complexelor de semnale ce se contin in pancreasul embrionar la soarece, se stimuleaza celulele stem mature de a se diferentia in structuri asemanator insulelor pancreasului[7]. S-a dovedit ca celulele stem din sangele ombilical ca si celulele stem embrionare, produc atat C-pentidul, parte a proteinei precursoare insulinei, cat si insulina. Prezenta peptidului C, demonstreaza ca, cel putin partial, insulina depistata a fost produsa de aceste celule diferentiate [17].
Melton, Nissim Benvinisty, Universitatea Hebreuw din Ierusalim si Josef Itskovitz-Eldor din Technion, Haifa, Israel, sugereaza ca celulele stem embrionare umane pot fi manipulate in cultura ca sa expreseze gena PDX-1 - responsabila de transcriptia insulinei. Acestea au fost tratate cu diferiti factori de crestere, inclusiv cu NGF (nerve growth factor). Toate celulele, inclusiv cele care nu au fost tratate cu NGF expresau PDX-1 [12]. Aceste rezultate sugereaza ca celulele beta insulare probabil sunt unul din tipurile de celule care se diferentiaza spontan in embrion. Cercetatorii considera ca acest factor nervos de crestere posibil este unul din semnalele cheie pentru inducerea diferentierii celulelor beta insulare [5].
O prioritate potentiala a celulelor embrionare este ca ele, fiind mai plastice, pot fi induse sa expreseze genele corespunzatoare si in acest caz ele nu ar fi depistate ca celule straine de sistemul imun al recipentului[7].
4. Transplant alogen
Alotransplantul este foarte bun, dar, din punct de vedere comercial nu este rentabil datorita numarului mic de potentiali donatori (persoane decedate sau cu moarte cerebrala). Dupa care se izoleaza si se separa insulele Langerhans de restul pancreasului prin enzimizarea lui, suspensia obtinuta este prelucrata in "camera Ricordi", un dispozitiv care, printr-o serie de procedee, chimice si mecanice separa insulele Langerhans din tesutul pancreatic[14,17].
Transplantarea se face cu anestezie locala si sedare usoara, prin ghidare cu ulrasunete se introduce un cateter in vena porta. Similar cu o perfuzie intravenoasa, celulele purificate curg prin cateter, prin vena porta, catre ficat unde se ataseaza si incep sa produca insulina[14, 21].
Totodata s-a constatat distrugerea celulelor implantate este precedata de o crestere a markerilor ce tin de sistemul imun, proces care incepe cu cateva saptamani inainte de cresterea glicemiei. La pacientii al caror sistem imun a acceptat celulele implantate nu au prezentat o crestere a acestor marcheri specifici. Astfel este necesara o monitorizare constanta a reactiei sistemului imun la grefa, pentru a interveni aditional cu scop de protejare celulelor producatoare de insulina [13,14].
5. Terapia genica
Bernat Soria si colegii lui de
7. Xenotransplantul
Celulele insulinice extrase de la porcine reprezinta cel mai bun xenotransplant deoarece insulina secretata de acestea difera de cea umana printr-un singur aminoacid. Desi aceasta procedura a fost deja efectuata (in Moldova N. Vicol), nu este clar cat timp aceste celule raman functionale in organism. Pentru prevenirla rejectieie xenogrefelor au fost propuse trei metode de imunoizolare a celulelor pancreatice obtinute de la alte specii: bazata pe perfuzie (proteze vasculare); difuzie cu macroincapsulare si difuzie cu microincapsulare.
Metoda cu proteza vasculara este bazata pe instalarea protezei (tub acoperit din exterior de membrana impermiabila, iar din interior comunica cu lumenul vasului prin membrana semipermiabila, intre ele fiind plasate celulele pancreatice) pe traiectul fluxului sanguin venos sau sunturi arterio-venoase. A fost constatata o viabilitate mare ale celulelor, dar si multiple tromboze la nivel de proteza [18].
Microincapsularea este bazata pe incorporarea celulelor in acid algic, alginat (polizaharid), agaroza. Viabilitatea grefei celulare a fost de aproximativ 9 luni, moartea survine din cauza fibrozarii microcapsulelor, urmata de hipoxie. Macroincapsularea include plasarea celulelor in capsule mari, reprezentand membrana semipermiabila. Viabilitatea insulelor a durat aproximativ 4 luni. Au fost evidentiate 2 probleme: prima - agregarea celulelor in interiorul capsulei ce ducea la necroza in centrul conglomeratului din cauza hipoxiei (problema a fost solutionata prin inroducerea agarozei in interiorul capsulei ce exclude formarea de conglomerate); a doua - care nu a fost solutionata, este fibrozarea capsulei[15].
Concluzii
Majoritatea metodelor precautate au in esenta transplantarea celulelor insulin-producatoare, fiecare din ele avand anumite avantaje si dezavantaje. Totodata raman multiple probleme legate de supravetuirea celulelor transplantate, adica de selectarea acelor grefe celulare cu histocompatibilitate majora si posibilitate de integrare in organismul recipientului. Oricum, terapia celulara pare o metoda mai avantajoasa, comparativ cu metoda care utilizeaza insulina ca metoda de tratament.
Bibliografie
1.Abi Berger. Transplanted pancreatic stem cells can reverse diabetes in mice. BMJ,2000; p.320:736.
2.Andrea Ianus, George G. Holtz, Neil D. Theise, Mehbood A. Hussain In vitro derivation of glucose-competent pancreatic endocrine cells from bone marrow without evidence of cell fusion. The Jurnal of clinical Investigation. 2003, vol.111, no.6:843-850.
3.Bonner-Weir S., Taneja M.. Weir G.C., et al. In vitro cultivation of human islets from expanded ductale tissue. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2000, 97, 7999-8004.
4.Hideto Kojima, Mineco Fujimiya, et al. Extrapancreatic insulin-producing cells in multiple organs in dibetes. PNAS, 2004, vol.101, no.8, 2458-2463.
5.Schuldier M., Yanuca O.,et al. Effects of eight growth factors on the differentiation of cells derived from human embryonic stem cells. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2000, 97:11307-11312.
6.Seh-Hoo Oh, Toni M Muzzonigro, Si-hyun Bae,et al. Adult bone marrow-derived cells trans-differentiating into insulin-producing cells for the treatment of type I diabetes. Laboratory Investigation, 2004; 84: 607-617.
7.Soria B., Roche E., Berna G., et al. Insulin-secreting cells derived from embryonic stem cells normalize glycaemia in streptozotocin induced diabetic mice. Diabetes , 2000; 49: 157-162.
8.Susan Bonner-Weir, Monica Taneja, Gordon C. Weir et al. In vitro cultivation of human islets from expanded ductal tissue. PNAS. 2000,vol.97,no.14: 7999-8004.
9.Трансплантация мононуклеарных клеток пуповинной крови снижает уровень гликемии и нормализует функцию почек при экспериментальном сахарном диабете. По материалам Biochem Biphys Res Commun. 2004; 321: Журнал "Клеточная трансплантология" p.168-171.
10. Bretzel R. G., Hering B. J., Brandhorst D. et al.., Diabetologia. - 1994. -Vol. 37. - Suppl. 1, p. 38
11.Berney Thierry, Molano R. Damaris, Cattan Pierre, et all Endotoxin mediated delayed islet graft function is associated with increased intra-islet cytokine production and islet cell apoptosis. Transplantation:Volume 71(1)15 January 2001, p. 125-131
12. Drucker DJ :Glucagon-like peptides: regulators of cell proliferation, differentiation, and apoptosis. Molecular Endocrinology 17 (2): 161-171
13.Bouwens L, Rooman I :Regulation of pancreatic Beta Cell Mass. Physiol. Rev. 85: , 2005, 1255-1270
14. Alejandro R., Lehmann R., Ricordi C. et al., Diabetes.- 1997. Vol. 46. -P. 1983 -1989
15. Gruessner A., Sutherland D. E. R., Pancreas transplants for United States (US) and non US cases reported to International Pancreas Transplant Registry (IPTR) and to the United network for organ sharing (UNOS), In: Cecka M., Terasaki P (eds): Clinical transplants, 1997, Los Angeles, UCLA Tissue Typing laboratory, 1998
16. Seh-Hoon Oh, Toni M Muzzonigro, Si-Hyun Bae, Jennifer M LaPlante, Heather M Hatch and Bryon E Petersen. Adult bone marrow-derived cells trans-differentiating into insulin-producing cells for the treatment of type I diabetes Laboratory Investigation (2004) 84, 607-617
17.Yuval Dor, Juliana Brown, Olga I. Martinez, Douglas A. Melton Adult pancreatic β-cells are formed by self-duplication rather than stem-cell differentiation. Nature, Vol 249, 2004, p.41-46.
18.Todorov I.T., Schezhing K.I., Grzeisak J.J., Cruz-Aranda G., Stubban C.B et all Expantion of Functional Adult porcine Islet Cells in Vitro Using Purified Laminin 5.Transplantation Proceedings., 30, 1998. p. 455
19. Hideto K., Mineko F., Kazuhiro M. and all. Extrapancreatic insulin-producing cells in multiple organs in diabetes. PNAS, Feb. 24, 2004, Vol 101, 2008, p. 2458-2463.
20. Burt R., Oyama Yu., Traynor A., Kenyon N. Hematopoetic stem cell therapy for type 1 diabetes: induction of tolerance and islet cell neogenesis.
21.Penfornis A. Langerhans Islet Preparation in Cell Transplantation. Transfus. Sci. Vol 18, No.2, 1997, p. 235-241.
22. www.ms.md/public/policies/diabet
