Прорыв в лечение сахарного диабета
Сахарный диабет – заболевание, приводящее к пожизненным инъекциям инсулина, инвалидности и фатальным осложнениям. Ученые из Приволжского исследовательского медицинского университета (ПИМУ) приступили к разработке принципиально нового метода лечения этого недуга.
Чтобы понять механизм технологии, нужно сказать о том, как работает поджелудочная железа, отчего возникает диабет. В этом органе есть так называемые бета-клетки, объединенные в островки, которые автоматически продуцируют инсулин в ответ на повышение уровня глюкозы в крови. При ряде аутоиммунных или хронических болезней общая их масса снижается, появляются функциональные нарушения в виде недостаточной выработки инсулина. Результат – повышение уровня глюкозы в сыворотке крови.
– Это инсулинопотребный сахарный диабет. Он возникает, если число островков уменьшилось на 80 процентов, – рассказывает заведующий кафедрой факультетской хирургии и трансплантологии, главный внештатный трансплантолог минздрава Нижегородской области Владимир Загайнов.
Ученый подчеркивает, что метод лечения диабета только один – трансплантация поджелудочной железы. Потребность в этой операции в России удовлетворяется на тысячные доли процента, что связано с дефицитом донорских органов. Во всех остальных случаях речь идет о компенсации заболевания с помощью инсулина. Однако даже пересадка сопряжена с необходимостью иммуносупрессивной терапии, чтобы организм пациента не отторгал донорский орган. А у нее есть свои минусы, особенно в отдаленном периоде.
Главная идея проекта – пересадка не всей поджелудочной железы, а только островков, состоящих из тех самых бета-клеток.
– Островки будут выделяться из донорской железы специальным способом. Даже если целая железа не годится для трансплантации, из нее можно попытаться выделить островки и пересадить их, – поясняет Владимир Загайнов.
В мире эту идею пытаются реализовать разными способами и с разной степенью успешности. Введение островков от донора требует все той же небезопасной иммуносупрессивной терапии. В ПИМУ ученые разрабатывают вариант пересадки клеток, заключенных в специальные пористые капсулы. В теории клетки приживаются и начинают вырабатывать инсулин. Человек излечивается от диабета. А поры капсулы достаточно малы, чтобы предотвратить атаку иммунных клеток организма, поэтому никакой иммуносупрессивной терапии не требуется. Важно, что речь идет о малоинвазивных операциях, а не о сложной трансплантации. Возможных вариантов несколько: введение в брюшную полость путем пункции либо введение в печень по воротной вене.
Первые эксперименты ученых из НИИ экспериментальной онкологии и биомедицинских технологий ПИМУ вместе с Институтом металлоорганической химии РАН оказались успешными.
– В отдаленной перспективе планируем проработать выращивание бета-клеток из стволовых, – говорит Владимир Загайнов. – Параллельно вместе с коллегами из Национального медицинского исследовательского центра трансплантологии и искусственных органов имени Шумакова занимаемся легитимизацией технологии. Раньше в России за это никто не брался, поэтому трансплантация островков бета-клеток поджелудочной пока не вошла в список разрешенных, хотя в мире это уже существует. Надеемся, что в ближайшее время вопрос будет решен.
Планируем проработать выращивание бета-клеток из стволовых
В 2022 году проект, выполняемый по госзаданию Минздрава России, завершится. Можно будет испытывать метод на животных, а затем заниматься регистрацией. На мой вопрос, когда лечение будет доступно российским пациентам, профессор Загайнов ответил кратко:
– Деклараций в жизни хватает, давайте заниматься делом.
Комментарий
Ольга Занозина, доктор медицинских наук, заведующая отделением эндокринологии Нижегородской областной больницы имени Семашко:
– Наряду с совершенствованием самих инсулинов, способов их введения в организм пациента, улучшением терапевтического обучения больных сахарным диабетом развивается и другое направление – трансплантационные технологии, позволяющие вводить бета-клетки островков поджелудочной железы, которые вырабатывают инсулин, в организм больного человека.
Положительный эффект достигается при виртуозном заборе, хранении и введении островковых клеток больному человеку. При успешном результате – почти полный контроль за гликемией, отсутствие гипогликемий и потребности в экзогенном инсулине. Вся эта работа требует ювелирного мастерства.
: 30 Мар 2015 , Наша Арктика , том 61, №1
В работах, попавших в 2014 г. в прорывы по версии журнала Science, ученым удалось значительно продвинуться в разработке альтернативной терапии сахарного диабета 1-го типа, суть которой состоит в трансплантации больным так называемых бета-клеток поджелудочной железы, вырабатывающих гормон инсулин. До сих пор такие клетки получали из тканей эмбрионов или брали у доноров посмертно. Однако их использование сталкивалось с рядом проблем, от тканевой несовместимости до этических. Выход, предложенный учеными, заключается в пересадке больным зрелых бета-клеток, полученных в лабораторных условиях из стволовых недифференцированных клеток самого пациента либо обычных соматических клеток путем их «перепрограммирования». Для широкого применения этой технологии требуется решить проблему защиты трансплантата, поскольку диабет 1-го типа – это аутоиммунное заболевание, и новые бета-клетки будут также подвергаться атакам иммунной системы.
Сахарный диабет – самое распространенное эндокринное заболевание в мире: по данным Международной федерации диабета сегодня им страдает более 300 млн человек. Болезнь не обошла и семью Дугласа Мелтона, руководителя одной из исследовательских групп, занимающихся разработкой клеточной терапии диабета. Их работы вошли в список наиболее выдающихся научных достижений 2014 г. по версии журнала Science.
Сахарный диабет – болезнь, характеризующаяся стойким увеличением в крови концентрации глюкозы, – сегодня входит в тройку самых распространенных видов заболеваний. При диабете 2-го типа бета-клетки островков Лангерганса в поджелудочной железе вырабатывают пептидный гормон инсулин, который регулирует уровень глюкозы в крови, но ткани организма теряют чувствительность к нему. Этот наиболее распространенный (до 80-90 % случаев) тип сахарного диабета, который называют еще инсулинонезависимым, развивается преимущественно в пожилом возрасте и характеризуется относительно легким течением.
При диабете 1-го типа наблюдается аутоиммунное поражение бета-клеток поджелудочной железы, вырабатывающих гормон инсулин. Такой тип диабета приводит к полной пожизненной зависимости от инъекций инсулина – на данный момент это практически единственный способ терапии этого тяжелого заболевания. Больной должен постоянно следить за уровнем глюкозы в крови и в зависимости от «скачков» уровня глюкозы самостоятельно корректировать дозы инсулина. При этом в любом случае у больного развиваются осложнения: дисфункция почек и сердечно-сосудистой системы, поражение глаз (диабетическая ретинопатия), некротическое поражение тканей. Результатом является существенное снижение качества жизни больных, а зачастую инвалидность и ранняя смерть.
Говоря об альтернативной возможности терапии сахарного диабета, надо упомянуть о существовании достаточно успешной практики пересадки донорских бета-клеток. Их получают из тканей эмбрионального происхождения или берут у доноров посмертно. После такой трансплантации больной на несколько лет становится независимым от инъекций инсулина. Проблемы такого вида терапии связаны с качеством и количеством донорского материала, не говоря уже о тканевой несовместимости реципиента и донора. Ведь после пересадки больные вынуждены принимать препараты, подавляющие активность иммунной системы, к тому же через какое-то время все равно происходит отторжение трансплантата. Еще одно препятствие – проблемы этического характера, связанные с использованием тканей эмбрионов.
Выход из ситуации в принципе есть: бета-клетки поджелудочной железы можно получать in vitro (в лабораторных условиях) из клеточных культур. Их источником могут быть плюрипотентные стволовые клетки человека, т. е. «первичные» недифференцированные клетки, из которых происходят все клетки наших органов и тканей. Для получения бета-клеток можно использовать как стволовые клетки эмбрионов, так и индуцированные плюрипотентные стволовые клетки, которые получают из обычных соматических клеток взрослого человека путем их «перепрограммирования».
Технологии получения индуцированных плюрипотентных стволовых клеток известны и достаточно хорошо разработаны. Но вот получить из них зрелые бета-клетки гораздо сложнее, так как для этого необходимо буквально в чашке Петри воспроизвести сложнейшие процессы, происходящие во время эмбрионального развития человека, используя сигнальные молекулы и химические соединения, направляющие развитие клеток в нужную сторону.
В список выдающихся научных исследований прошлого года, опубликованный журналом Science, как раз и вошли работы двух исследовательских групп: из Гарвардского института стволовых клеток (США) и Медицинской школы Массачусетского университета в Вустере (США) под руководством Д. Мелтона и из Университета провинции Британская Колумбия (Канада) и компании BetaLogics (США) под руководством Т. Кифера, посвященные технологиям получения in vitro бета-клеток поджелудочной железы (Pagliuca et al., 2014; Rezania et al., 2014). Взяв в качестве исходного материала стволовые клетки человеческого эмбриона, в итоге ученые получили клетки, проявляющие все основные качества бета-клеток. То есть в них «работали» определенные гены и присутствовали специфические белки, так что эти клетки были способны продуцировать инсулин в ответ на присутствие глюкозы. Пересаженные лабораторным мышам из чистой линии, служащей экспериментальной моделью сахарного диабета, эти клетки нормально функционировали и компенсировали первоначальное отсутствие инсулина!
Огромное преимущество этого метода в том, что с его помощью можно получать функционирующие бета-клетки в довольно большом количестве. В финале процесса из одного флакона для культивирования объемом 0,5 л можно получить до 300 млн клеток – этого числа вполне достаточно, чтобы компенсировать недостающий инсулин у одного человека весом около 70 кг. Или для проведения скрининга среди 30 тыс. отдельных химических соединений – потенциальных лекарственных веществ, если использовать клетки не по «прямому назначению», а для фармакологических исследований.
Безусловно, описанные технологии нуждаются в совершенствовании. В частности, необходима разработка детальных протоколов получения бета-клеток из индуцированных плюрипотентных стволовых клеток. Это позволит не только в любой период жизни пациента и практически из любых клеток его собственного организма при необходимости получить необходимое количество бета-клеток, но и разрешит проблему иммунологической несовместимости донора и реципиента.
Однако остается другая проблема: поскольку диабет 1-го типа – это аутоиммунное заболевание, то новые бета-клетки будут опять атакованы иммунной системой, как когда-то свои «родные» клетки пациента. Поэтому пересаженные клетки надо научиться защищать! Только в этом случае подобное лечение может стать доступным и широко применимым, ведь использование иммунодепрессантов оправдано только в самых тяжелых случаях.
Сейчас разрабатываются разные варианты подобной защиты. Например, можно покрыть клетки специальным гидрогелем, однако в этом случае их будет гораздо труднее удалить из организма при необходимости. К тому же пока не существует способа воспрепятствовать их инкапсуляции (заключению в соединительнотканную оболочку) подобно другим чужеродным телам в организме, что перекроет пересаженным клеткам приток питательных веществ. Сейчас идет поиск химических веществ, пригодных для изготовления гидрогеля, который не будет вызывать такого эффекта.
Другое решение предложили конкуренты команды Мелтона – американская компания ViaCyte. Суть его в том, чтобы поместить пул незрелых бета-клеток внутрь тела в биологически совместимой оболочке: предполагается, что предшественники бета-клеток будут там постепенно созревать и успешно функционировать. Такое устройство уже создано; более того, в компании уже запустили первый этап клинических испытаний. Но хотя результаты аналогичных исследований на животных выглядят многообещающе, есть опасения относительно эффективности этого способа.
В любом случае, уже сейчас имеющиеся технологии внушают надежду, что проблема лечения сахарного диабета будет в скором времени решена. Использование бета-клеток, произведенных из стволовых клеток пациентов, даже при условии постоянного приема иммунодепрессантов может стать огромным облегчением для больных тяжелыми формами диабета, которые постоянно сталкиваются с опасными для жизни изменениями уровня сахара в крови.
Литература
Pagliuca F. W., Melton D. A. How to make a al β cell. //Development. 2013. V. 140. N. 12. P. 2472-83. DOI: 10.1242/dev.093187.
Pagliuca F. W., Millman J. R., Gürtler M., et al. Generation of al human pancreatic β cells in vitro. //Cell. 2014. V. 159. N. 2. P. 428-39. DOI: 10.1016/j.cell.2014.09.040.
Rezania A., Bruin J. E., Arora P., et al. Reversal of diabetes with insulin-producing cells derived in vitro from human pluripotent stem cells. //Nat. Biotechnol. 2014. V. 32. N. 11. P. 1121-33. DOI: 10.1038/nbt.3033.
Ledford H. Stem-cell success poses immunity challenge for diabetes. //Nature. 2014. V. 514. N. 7522. P. 281. DOI: 10.1038/514281a.
: 30 Мар 2015 , Наша Арктика , том 61, №1
Перепрограммирование клеток помогло ученым вылечить диабет первого типа. Читайте, как проходило исследование.
Молекулярные биологи из Швейцарии создали особую версию “перепрограммированных” клеток поджелудочной железы, способных производить инсулин и при этом оставаться невидимыми для иммунитета, пишет РИА Новости.
“Мы выяснили, что модифицированные альфа-клетки привлекают гораздо меньше внимания со стороны иммунитета и реже разрушались им, чем полноценные бета-клетки. Благодаря этому даже через шесть месяцев после трансплантации псевдо-бета-клетки продолжали вырабатывать инсулин в ответ на приток глюкозы”, – рассказывает Педро Эррера из университета Женевы (Швейцария).
Примерно десятая доля диабетиков страдает от относительно редкой формы этой болезни, получившей имя “диабет первого типа”.
Она развивается не в результате нарушений в обмене веществ, а из-за разрушения бета-клеток поджелудочной железы, производящих инсулин. Они умирают не сами по себе, а из-за того, что их начинает атаковать иммунная система, по каким-то причинам считающая их “врагами”.
По статистике ВОЗ, каждый год от диабета первого типа умирает около 150 тысяч человек, а общая численность его носителей составляет около 30 миллионов человек. На сегодняшний день нет способов предотвращения развития этой формы болезни, из-за чего жизнь больных всецело зависит от регулярных инъекций инсулина.
В последние годы ученые пытаются вылечить эту болезнь, используя различные типы стволовых клеток. Их применение осложняется тем, что иммунитет начинает атаковать новые бета-клетки сразу после того, как они появляются в теле подопытных животных, что фактически лишает подобные процедуры смысла или же делает их крайне дорогими для пациентов.
Эррера и его коллеги уже много лет изучают то, как ведут себя остальные клетки поджелудочной железы после того, как иммунитет “объявит войну” производителям инсулина. Недавно они обнаружили, что иногда остальные обитатели этого органа, альфа, гамма и дельта-клетки, отвечающие за производство других гормонов, начинают объединяться в некие подобие “островков” из бета-клеток.
После этого небольшая часть из них внезапно “перепрофилируется” и начинает производить инсулин, хотя и в относительно малых количествах, недостаточных для выживания животного или человека. Тем не менее, эта идея натолкнула ученых на мысль, что подобный процесс можно усилить и ускорить при помощи генной терапии.
Руководствуясь этой идеей, ученые набрали группу из нескольких диабетиков и здоровых добровольцев, извлекли из их поджелудочной небольшое количество альфа и дельта-клеток и начали “перепрограммировать” их.
Стали ли дольше жить люди на Земле – специалисты дали ответ>>>
Оказалось, что для их превращения в аналог бета-клеток необходимо принудительно включить всего два гена, PDX1 и MAFA. Подобные тельца, как отмечают ученые, внешне ничем не отличаются от нормальных альфа и дельта-клеток, но при этом их скопления ведут себя, как бета- островки, реагируя на колебания глюкозы в питательной среде и вырабатывая инсулин.
Работу этих клеток ученые проверили на мышах, генетически предрасположенных к развитию диабета первого типа. Как оказалось, трансплантация даже небольшого числа подобных перепрограммированных клеток полностью избавила их от проблем с сахаром и инсулином на протяжении всех шести месяцев эксперимента.
Столь успешное завершение эксперимента, как надеются исследователи, говорит о том, что скоро подобная методика лечения диабета первого типа будет доступна и всем людям.
Будь в курсе всех новостей в Молдове и мире! Подпишись на наш канал в Telegram>>>
Смотрите Video и слушайте Radio Sputnik Moldova
Когда появится эффективное лекарство от этой болезни? «АиФ» поговорил об этом с директором Института диабета НМИЦ эндокринологии Минздрава академиком Мариной Шестаковой.
Диабетом может заболеть каждый
Лидия Юдина, «АиФ»: Марина Владимировна, исследования показывают, что предрасположенность к диабету есть у большинства людей. Означает ли это, что болезнь может развиться у каждого?
Марина Шестакова: Ген инсулинорезистентности (механизм, при котором клетки перестают поглощать глюкозу, что приводит к повышению её уровня в крови) действительно есть у всех людей. Это заложено эволюционно со времён палеолита, когда периоды голода сменялись периодами изобилия и в сытое время нашим предкам нужно было накопить достаточно жира, чтобы пережить голод. Потом этот механизм закрепился генетически и из защитного превратился в патологический. Современные люди много едят и мало двигаются. При наличии инсулинорезистентности это неизбежно приводит к развитию сахарного диабета.
– Однако есть люди, которые ни в чём себе не отказывают и при этом диабет у них не развивается. Почему?
– Исследования показывают, что у 30% пациентов диабет не развивается даже при нездоровом питании и низкой физической активности. Чтобы понять, почему это происходит, в нашем центре в рамках гранта Российского научного фонда «Ожирение и сахарный диабет: поиск факторов, препятствующих развитию сахарного диабета» проводится исследовательская работа. Предварительные данные показали, что у людей, склонных к развитию диабета, повреждены стволовые клетки – предшественники жировой ткани. Они не могут производить достаточного количества подкожных жировых клеток. Из-за этого при переедании жир откладывается во внутренних органах (в печени, почках, поджелудочной железе, в стенках сосудов), что и провоцирует развитие диабета и повреждение органов-мишеней. Наше открытие может стать основой для создания принципиально новых лекарств, которые позволят преодолеть этот дефект.
– Если причина диабета – в повреждении стволовых клеток, значит, здоровый образ жизни защитить от болезни не в состоянии?
– Гарантии от развития сахарного диабета здоровый образ жизни дать не может, но он защищает от недуга на 90%. Однако врачи под здоровым образом жизни понимают одно, а пациенты – другое. Например, физическая активность – это не прогулки с собакой. Необходимый уровень физической активности, который можно рассматривать как защиту от болезни, – 30 минут энергозатратной нагрузки в день или через день (аэробной, силовой и т. д.). Если это ходьба – то достаточно интенсивная (со скоростью не менее 6 км/ч).
В питании следует придерживаться правила – всё, что съедено, должно быть потрачено. Например, чтобы сжечь съеденный кусочек хлеба (50 ккал), нужно пройти быстрым шагом километр. Прежде чем съесть кусок торта (1000 ккал), сперва оцените, сможете ли вы пройти или пробежать необходимое расстояние.
Людям, склонным к набору веса, нужно придерживаться низкокалорийной диеты (1500-1800 ккал в сутки). Исследования показывают, что 2-3 месяца гипокалорийной диеты (800-850 ккал в день) позволяют даже у пациентов с уже имеющимся диабетом уйти в ремиссию (нормализовать уровень глюкозы и отказаться от лекарств). Причём нормальный уровень глюкозы в этом случае сохраняется и при переходе на обычный рацион (1800 ккал).
Самое трудное – это объяснить человеку (даже на продвинутой стадии заболевания), ради чего он должен мучиться. Особенность диабета в том, что он не болит. Поэтому даже ради излечения больные люди не хотят жить впроголодь! Хотя опасные осложнения (см. инфографику) у них могут развиться достаточно быстро, потому что приём лекарств без «домашней работы» (ограничения рациона и физической активности) не даёт нужного результата.
Обучение больных сегодня считается новым методом лечения диабета (таким же, как терапевтическое и хирургическое). За создание этого метода лечения наша группа эндокринологов-диабетологов в этом году получила премию «Призвание».
Почему анализу крови не стоит доверять
– Прогноз на развитие осложнений напрямую зависит от того, как быстро был выявлен диабет. Но, по статистике, на одного выявленного пациента приходится двое невыявленных. Почему такие сложности с постановкой диагноза?
– Диагностика диабета не так проста. Жажда и мочеизнурение возникают, когда нарушается продукция инсулина поджелудочной железой. Анализ крови натощак на сахар не всегда показателен: уровень глюкозы в крови часто повышается не до еды (когда сдают анализ), а после (когда его уже не контролируют).
Достоверный анализ, который позволяет безошибочно диагностировать диабет, – тест на гликированный гемоглобин (показывает средний уровень глюкозы крови за 2-3 месяца). Но он дорогостоящий, поэтому пока не входит в программу диспансеризации. Диабетологи советуют пройти его в обязательном порядке людям, которые входят в группу риска по диабету (см. инфографику).
– Сегодня диабет неизлечим. Есть надежда, что врачи всё-таки найдут способ избавления от него?
– Ремиссия сахарного диабета, связанного с ожирением, достигается при правильном питании и физической активности. Прорыв в лечении сахарного диабета, связанного с поломкой иммунитета и отсутствием инсулина в организме, придёт с клеточными технологиями. Уже разработана технология выделения стволовых клеток из жировой ткани или фибробластов больного человека. Такую клетку можно «переучить» на выработку инсулина и пересадить обратно. Уже есть первые результаты. Думаю, через 10 лет эта технология будет отработана и сможет быть использована для лечения людей от диабета.
Смотрите также:
- Диета против диабета. Как восстановить работу поджелудочной железы? →
- Когда приходится несладко. Что вы не знали про диабет →
- Диабет лечится! Если его выявить на ранней стадии →