Hvad er årsagen til type 1 diabetes? Hvorfor forskere kortceller at finde ud af

Der er omkring 100 billioner celler, der udgør menneskekroppen. En ny mega-videnskabsindsats vil katalogisere og billedere hver af de 200 eller flere typer celler fra de 80 kendte organer og identificere de gener, der er aktive i disse celler.

Denne nye indsats følger på hæle i Human Genome Project, der opslugt biologi i 1990'erne og begyndelsen af ​​2000'erne. Nu har forskere opfattet en ny og spændende udfordring: At oprette et mobilkort over hele kroppen, et projekt kaldet Human BioMolecular Atlas Programme eller HuBMAP. University of Florida er et af fem deltagende centre for vævskortlægning. Her på UF Center er vi opkrævet med kortlægning af thymus, lymfeknude og milt - alle nøgleelementer i immunsystemet.

Jeg har studeret type 1 diabetes eller juvenil diabetes i næsten 35 år og sammen med mine andre kolleger ved UF Diabetes Institute har jeg forsøgt at finde en måde at forebygge og helbrede sygdommen på. Dette har været en udfordring indtil for nylig, fordi vi ikke vidste hvad der forårsagede type 1 diabetes.

Vores mål som et tissue mapping center er at identificere de unikke typer celler, hvilke proteiner de producerer, og hvilke gener er tændt og opbygge en virtuel tredimensionel model af hvert organ. Dette kort vil informere forskningen om mange sygdomme, herunder type 1 diabetes.

Hvorfor er forståelsen af ​​årsagerne til type 1 diabetes vigtig?

Vi ved, at type 1-diabetes er en såkaldt "autoimmun lidelse." I type 1-diabetes antages immunceller kendt som "T-lymfocytter" at ødelægge de pancreas-beta-celler, som er ansvarlige for at producere insulin, som regulerer sukkerniveauet i vores blod.

For lidt over et årti siden, frustreret af manglende evne til at forebygge og helbrede sygdommen, startede jeg et initiativ til at indsamle humane pankreaser fra organdonorer med type 1 diabetes såvel som dem uden sygdommen. Sidstnævnte gruppe blev indsamlet for at give forståelse for en "normal" sund pancreas. Til dato har vi samlet op i bugspytkirtlen fra mere end 500 individer. Vi har distribueret disse væv til omkring 230 projekter i 21 lande rundt om i verden. Resultaterne af denne indsats har ført til nye opdagelser, der har omskrevet vores forståelse for, hvordan denne sygdom udvikler sig.

Patienter, der er diagnosticeret med type 1-diabetes, ca. 25.000 om året alene i USA, står over for en livslang afhængighed af daglige insulininjektioner for at overleve og har stor risiko for at udvikle langsigtede medicinske komplikationer, herunder blindhed, nyresygdom, fordampede fødder, lemmer amputationer og kardiovaskulær sygdom. I dag anslås det, at næsten 1,25 millioner mennesker i USA lever med denne lidelse.

Som forstyrrende, da disse komplikationer er for personer med sygdommen, er måske endnu mere skræmmende de mange daglige livsstilsfaktorer, som skal kontrolleres eller regnes for at holde sygdommen i kontrol: overvågning af kulhydrater, estimering af motion, evaluering af blodsukkerniveauer og indgivelse af insulin for at undgå både højt og lavt blodsukkerindhold. Disse repræsenterer kun nogle få af de daglige sygdomsrelaterede udfordringer.

Af disse grunde har målet med vores kollektive forskningsindsats ved UF Diabetes Institute altid været at forstå, hvad der forårsager denne sygdom. At vide det ville gøre det muligt for os at forudsige, hvem der er i fare, identificere måder at forebygge sygdommens udvikling og udvikle en helbredende terapi.

Hvorfor studere disse organer?

Type 1-diabetes er kun en af ​​mere end 80 kendte autoimmune sygdomme, der af uhensigtsmæssige årsager bliver immunsystemet mod sig selv. Ud over autoimmunitet er immunrespons også en vigtig bestanddel i sundheden hvad angår bekæmpelse af kræft og smitsomme sygdomme. Fra vores erfaring, der studerer bugspytkirtlen og type 1-diabetes, ser vi store fremskridt i forståelsen af ​​immunitetrollen i hver af disse indstillinger gennem kortlægning. Det vil give mulighed for et dybt dykke om, hvordan immunsystemet fungerer.

I et sundt individ bliver T-celler kun aktive, når de reagerer på infektion eller kræftceller. Men hos dem, der er udsat for autoimmun sygdom, kan visse T-celler fejlagtigt aktiveres af "selv" proteiner, hvilket fører dem til at ødelægge sundt væv.

Under andre omstændigheder - som kræft eller infektionssygdom - immunforsvaret ikke giver et robust nok respons til at være effektiv. Eller celler i immunsystemet prolifererer ukontrollabelt, hvilket fører til blod og lymfekræft som lymfom og leukæmi. Derfor er thymus, milt og lymfeknude væv af interesse for dem, der studerer det sunde humane immunsystem. Forskere skal forstå den sunde basislinje for alle disse organer, så vi kan genkende, når tingene begynder at fungere og ændre sig, hvilket fører til autoimmun sygdom, kræft og smitsomme sygdomme. Udtrykt på en anden måde skal vi først forstå, hvad der udgør det normale lymfesystem gennem hele menneskets levetid.

Hvorfor definerer det normalt vigtigt?

Du kan måske undre hvor præcis vi får disse normale celler. Som vi har gjort i løbet af de sidste 11 år, vil vi få transplantatkvalitets humane væv fra afdøde organdonorer via organer til indkøb af organer, efter at et familiemedlem eller en juridisk eksekutor giver informeret samtykke. På grund af den tid, hvor de sørger, er disse dyrebare anatomiske gaver, som i tilfælde af milt, tymus og lymfeknude ikke kan anvendes til livreddende transplantationsprocedurer, en uundgåelig ressource til videnskabelig efterforskning og opdagelse.

Kun væv, der betragtes som "normale" - upåvirket af kendte eller observerbare patologier - indgår i disse indledende undersøgelser. Vi samler væv fra donorer, der spænder fra spædbørn til voksne op til 70 år. Vi håber, at dette vil give indsigt i, hvordan alderen ændrer typer og sundhed for alle cellerne i hvert organ.

På UF Diabetes Institute indgår et tværfagligt team, herunder cellulære og molekylære biologer, hæmatopatologer, der studerer kliniske lymfatiske prøver, biomedicinske ingeniører, immunologer og mange andre sammen for HuBMAP-programmet. Faktisk vil UF tissue mapping center samarbejde i vid udstrækning med et globalt netværk af eksperter inden for banebrydende mikroskopi og dataindsamling.

Vi etablerer en billedbehandlingsrørledning for at opdage snesevis af protein- og RNA-molekyler, som karakteriserer nerve, blodkar, det støttende væv, der er kendt som stroma og immunceller fra skiver af væv, ved hjælp af otte forskellige former for mikroskopi.

Inden for HuBMAPs første to år planlægger vi at kortlægge milten, tymus og lymfeknude fra 11 organdonorer.

Vi forventer, at de resulterende data vil afsløre nye celletyper, molekylære og cellulære strukturer, cellecelleinteraktioner og deres funktionelle implikationer i humananatomi og fysiologi. Derfor forventes det tredimensionale Human BioMolecular Atlas Program med høj opløsning at lette opdagelsen.

Da jeg ramte min slutningen af ​​50'erne i livet, stiger antallet af kolleger, venner og familiemedlemmer, der er ramt af sygdom årligt. Jeg blev også for nylig en bedstefar. Jeg vil gerne tænke, hvad vi foreslår at gøre, vil have en dramatisk indvirkning på menneskers sundhed for både nuværende og kommende generationer. Det ville være en arv gave.

Denne artikel blev oprindeligt udgivet på The Conversation af Mark Atkinson. Læs den oprindelige artikel her.