PMC

Ez az előadás egy friss áttekintésen alapul.

A cukorbetegség világszerte növekvő terhei jól ismertek, és az egészségügyi költségekre, valamint az emberi szenvedésre, megbetegedésre és halálozásra gyakorolt hatásait elsősorban a fejlődő országok, köztük India, Kína és Afrika országai fogják érezni. Az új gyógyszerek kifejlesztése gyors ütemben folyik, és az elmúlt néhány évben számos új vegyületosztály jelent meg a cukorbetegség kezelésére, pl. glükagonszerű peptid (GLP-1) mimetikumok, dipeptidil-peptidáz-4 (DPP-4) gátlók, nátrium-glükóz transzporter-2 (SGLT2) gátlók. Az új sebészeti kezelések is egyre inkább elérhetővé váltak, és a cukorbetegség hatékony terápiájaként támogatják őket. A gyomorszűkítő műtét, a gyomor bypass műtét, az egyidejű hasnyálmirigy-vese transzplantáció, a hasnyálmirigy- és szigetsejt-transzplantáció mind bevezetésre kerültek az elmúlt években. A nagy műtéttel járó trauma elkerülése érdekében számos tanulmány foglalkozott a cadaver hasnyálmirigyből eltávolított izolált szigetsejtek transzplantációjával. Bátorítást jelentett a Shapiro és munkatársai által 2000-ben a New England Journalban leírt “edmontoni protokoll”. A szigetecskéket a kapuvénába fecskendezték, és a betegeket, különösen a veszélyes, hipoglikémiás tudatlanságban szenvedőket, még azelőtt kezelték, hogy a cukorbetegség súlyos szövődményei, különösen a vese szövődményei kialakultak volna. Míg a korai eredmények ígéretesek voltak: a betegek mintegy 70%-a két év után nem igényelt inzulininjekciót, öt év elteltével a legtöbb beteg állapota romlott, és inzulinpótlásra volt szükségük, annak ellenére, hogy néhányan többször is kaptak szigetátültetést. Az újabb betegsorozatokban az edmontoni csoport jobb hosszú távú eredményekről számolt be az indukciós szerként adott monoklonális anti-limfocita antitest, a Campath 1H alkalmazásával: a betegek 45%-a inzulinfüggetlen volt öt év múlva, és 75%-uknál kimutatható volt a C-peptid.

A kádavaros hasnyálmirigy és a szigetek azonban versenyeznek ugyanazért a forrásért és korlátozott számban állnak rendelkezésre, ezért egyik kezelést sem lehetett könnyen felajánlani a cukorbetegek nagy többségének. Néhányan megpróbáltak alternatív forrást használni, például újszülött vagy felnőtt sertésekből származó kapszulázott szigeteket. Ez még nagyon kísérleti stádiumban van, és egy távoli alternatíva, amelynek számos technikai és valószínűleg etikai akadályt kell leküzdenie.

A közelmúltban a pluripotens felnőtt őssejtek kifejlesztésében elért sikerekkel (Yamanaka, aki 2012-ben orvosi Nobel-díjat kapott az indukált pluripotens őssejtek (iPSC) kifejlesztéséért) új megközelítésekkel próbáltak olyan módszereket keresni, amelyek hozzáférhetőbbek és elérhetőbbek lehetnek. Kezdetben sok reményt fűztek az embrionális őssejtek (ESC) kutatásához, mivel ezeket a sejteket rá lehet venni, hogy szaporodjanak és bármilyen szövetté fejlődjenek, de az eljárás drága volt, és az ezekből az őssejtekből származó teratoma kialakulásának problémáját rendkívül nehéznek bizonyult leküzdeni. A magzati fejlődéssel kapcsolatos számos fontos tényező nem érthető és nem reprodukálható. Mindazonáltal történt némi előrelépés, és (alkalmanként) sikerült rávenni a sejteket az inzulin kiválasztására, de eddig csak nagyon minimális terápiás alkalmazásra került sor.

A tudósok ma már tisztában vannak azzal, hogy egy sejtet rávenni az inzulin termelésére csak egy lépés egy hosszú és nehéz út során. A szigetsejtek erősen specializálódtak arra, hogy ne csak alapszintű inzulinkibocsátással rendelkezzenek, hanem gyorsan reagáljanak a vércukor-koncentráció változásaira is. Az inzulin esetében a szekréció kikapcsolásának folyamata és szabályozása ugyanolyan fontos, mint a szekréció bekapcsolása.

A megközelítések sokfélesége különböző kiindulópontokkal történt. Az őssejt önmagát szaporítja, majd aszimmetrikusan is képes osztódni és egy másik sejttípust képezni: Ezt nevezzük differenciálódásnak. Bár kezdetben úgy gondolták, hogy csak embriókból nyerhetők, a nem embrionális őssejtek ma már túl nagy nehézség nélkül nyerhetők újszülöttkori szövetekből, köldökzsinórból, valamint számos felnőtt szövetből, többek között csontvelőből, bőrből és zsírból is. Ezek az őssejtek kiterjeszthetők és differenciálhatók, de repertoárjuk az embrionális őssejtekhez képest korlátozott: oligo- vagy pluri- szemben a toti-potens embrionális őssejtekkel. Sőt, az utóbbi időben nagy érdeklődés övezi a közvetlen sejttranszdifferenciálódás folyamatát, amelynek során egy elkötelezett és teljesen differenciált sejtet, például egy májsejtet, közvetlenül egy másik sejttípussá, például szigetbéta-sejtté változtatnak anélkül, hogy az őssejt-stádiumba való visszadifferenciálódást indukálnák.

Yamanaka 2006-ban négy meghatározott faktor koktéljának hozzáadásával képes volt egér neonatalis és felnőtt fibroblaszt kultúrákból pluripotens őssejteket előállítani. Ez további tanulmányok sorozatához vezetett, amelyekben továbbfejlesztették a folyamatot, amely emberi szövetekkel és laboratóriumi egerekkel is megismételhetőnek bizonyult. Az iPS-sejtek használata elkerülte az emberi embriók felhasználásának etikai korlátait, de még mindig voltak más problémák és akadályok. Újabb jelentések jelentek meg arról, hogy az iPS-sejtek antigénné válnak az autológ vagy izológ gazdaszervezettel szemben, és a sejtek DNS-rendellenességeket halmozhatnak fel, sőt a származási sejttípus epigenetikus memóriáját is megtarthatják, és így hajlamosak a visszafejlődésre. Az embrionális őssejtekhez hasonlóan az iPS-sejtek is teratómát képezhetnek, különösen, ha a differenciálódás nem teljes.

Ezek ellenére nagyon kevés sikerrel sikerült az iPSC-k differenciálódását úgy irányítani, hogy elegendő mennyiségű szigetbéta-sejtet képezzenek, amelyek a vércukorszint változására reagálva kiválasztják és leállítják a kiválasztást.

A másik megközelítés, amellyel próbálkoztak, a génterápia és az őssejtek kombinálása. Némi előrelépés történt abban, hogy a kívánt inzulingént primitívebb, differenciálatlanabb sejtekben próbálták kifejezni úgy, hogy az őssejteket in vitro differenciálódási faktorokkal hergelték, majd plazmidok vagy vírusvektor segítségével közvetlen géntranszfekcióval. Mi és mások egy humán inzulin génkonstrukciót használtunk, és ex vivo vagy in vivo sejtekbe vittük be közvetlen elektroporációval (ex vivo sejtekben nyilvánvalóan) vagy vírusvektorokkal. Az adenovírust, az adeno-asszociált vírust és a különböző retrovírusokat vizsgálták a legtöbbet, különösen a lentivírust. A géntechnológia minden fajtája azonban nemcsak a vírusfertőzéstől, hanem az onkogének lelepleződésétől is tart, ami rosszindulatú daganatos megbetegedésekhez vezethet, és szigorú előírások vannak arra vonatkozóan, hogyan kell eljárni e kockázatok elkerülése érdekében.

A köldökzsinór-őssejtek és a mesenchymális őssejtek mint a kombinált őssejt- és génterápia célpontjai érdekeltek bennünket. Ezek a sejtek viszonylag könnyen és reprodukálható módon nyerhetők egyébként kidobott köldökzsinórból, vagy könnyen hozzáférhető csontvelőből, a sejtek kiválogatásával különböző standard technikákkal. A zsír, a magzatburok és a köldökzsinórvér szintén olyan források, amelyekből meznechymás őssejtek nyerhetők. Egy proliferatív fázis után a sejtek fibroblasztok szőnyegéhez hasonló megjelenést vesznek fel, amelyek csont-, porc- vagy zsírsejtekké differenciálódhatnak. Bár az említett különböző forrásokból származó mesenchymális őssejtek hasonlóan nézhetnek ki, differenciálódási potenciáljuk sajátos és eltérő, ami miatt nem helyénvaló és nehéz rájuk egységes célsejtforrásként gondolni. Az újszülöttkori amnionsejtek és a köldökzsinórsejtek alacsony immunogenitással rendelkeznek, és nem expresszálnak HLA II. osztályú antigéneket. Olyan faktorokat is kiválasztanak, amelyek gátolják az immunreakciókat, például az oldható HLA-G-t. Bár az immunogenitás jelentősen csökken, még mindig nem autológok, ezért fennáll az allograft kilökődésének kockázata. Előnyük, hogy nagy számban szaporíthatók, lefagyaszthatók és bankban tárolhatók, és felhasználhatók olyan betegeknél, akik már immunszuppresszív szerekre szorulnak, például veseátültetésen átesetteknél.

Szingapúrban a köldökzsinórból származó amnionsejtekkel végzett vizsgálataink némi sikert mutattak az inzulin és glükagon gének kifejeződésében, de in vitro inzulinszekréciót nem vagy csak kis mértékben mutattak ki. Az inzulin gén in vitro transzfekciójával együtt, sterptozotocin-indukált cukorbeteg egerekbe történő peritoneális transzplantáció után némi javulás mutatkozott a glükózszintekben. Szingapúri kollégáink egy másik modellben autológ hepatocitákat használtak sztreptozotocin-indukált diabéteszes sertésekből. Ezeket a leválasztott hepatocitákat ex vivo sikeresen transzfektálták egy humán inzulin génkonstrukcióval elektroforációval, majd a sejteket több külön injekcióval közvetlenül visszaadták a májparenchimába. A sertések akár kilenc hónapra kigyógyultak a cukorbetegségből – ami figyelemre méltó eredmény. Mivel ezek autotranszplantációk voltak, nem volt szükség immunszuppresszív gyógyszerekre, hanem a májsejteket nagy, nyílt sebészeti biopsziákból nyerték. A májszövet sebészi eltávolításának szükségessége korlátozná az alkalmazhatóságot, de mindazonáltal ez egy jó koncepciót bizonyító tanulmány volt. Az autoimmun cukorbetegséggel összefüggésben a kiújuló betegség kockázata fennállhat, hacsak nem sikerül meghatározni és megszüntetni az autoimmun támadás célpontját. Ezekben a sertéskísérletekben a glükózérzékelő EGR-1 promóterrel rendelkező humán inzulingént használták. Nem volt vírus, és a plazmid nem integrálódott. A transzfektált sejt osztódása felhígítaná a génaktivitást, de nagy mennyiségű plazmid olcsón előállítható. Ugyanez a munkacsoport sikeresen transzfektálta a csontvelő mesenchymális őssejteket a humán inzulin gén plazmidjával, ugyanezzel az EGR-1 promóterrel és elektroforációval. Ez meggyógyította a cukorbeteg egereket közvetlen hepatikus és intra-peritoneális befecskendezés után.

Végezetül óvatosan kell értelmezni az ilyen és más, a cukorbetegség sejt- és génterápiájáról szóló jelentések eredményeit. In gene transfection and/or transplantation of insulin-producing cells or clusters in the diabetic rodent, there have been many reports in the literature, but only a few of these claims have been reproduced in independent laboratories. We have suggested the need to satisfy “The Seven Pillars of Credibility” as essential criteria in the evaluation of claims of success in the use of stem cell and/or gene therapy for diabetes.

1. Cure of hyperglycemia

2. Response to glucose tolerance test

3. Evidence of appropriate C-peptide secretion

4. Weight gain

5. Prompt return of diabetes when the transfecting gene and/or insulin producing cells are removed

6. No islet regeneration of stereptozotocin-treated animals and no re-generation of pancreas in pancreatectomized animals

7. Presence of insulin storage granules in the treated cells