Qual è la causa del diabete di tipo 1? Perché gli scienziati mappano le celle per scoprirlo

Ci sono circa 100 trilioni di cellule che costituiscono il corpo umano. Un nuovo tentativo di mega-scienza catalogerà e immaginerà ciascuno dei 200 o più tipi di cellule dagli 80 organi conosciuti e identificherà i geni che sono attivi in ​​queste cellule.

Questo nuovo sforzo segue il progetto Human Genome che ha travolto la biologia negli anni '90 e nei primi anni 2000. Ora gli scienziati hanno concepito una nuova ed eccitante sfida: creare una mappa cellulare dell'intero corpo umano, un progetto chiamato Human BioMolecular Atlas Program o HuBMAP. L'Università della Florida è uno dei cinque centri di mappatura del tessuto partecipanti. Qui al Centro UF ci occupiamo di mappare il timo, il linfonodo e la milza, tutti componenti chiave del sistema immunitario.

Ho studiato il diabete di tipo 1, o il diabete giovanile, da quasi 35 anni, e insieme agli altri colleghi dell'UF Diabetes Institute, ho cercato di trovare un modo per prevenire e curare la malattia. Questa è stata una sfida fino a poco tempo fa, perché non sapevamo che cosa causasse il diabete di tipo 1.

Il nostro obiettivo come centro di mappatura dei tessuti è identificare i tipi unici di cellule, quali proteine ​​producono e quali geni sono attivati, e costruire un modello virtuale tridimensionale di ciascun organo. Questa mappa informerà la ricerca di molte malattie, incluso il diabete di tipo 1.

Perché è importante comprendere le cause del diabete di tipo 1 Importante?

Sappiamo che il diabete di tipo 1 è una cosiddetta "malattia autoimmune". Nel diabete di tipo 1 si pensa che le cellule immunitarie conosciute come "linfociti T" distruggano le cellule beta pancreatiche responsabili della produzione di insulina, che regola il livello di zucchero nel nostro sangue

Poco più di un decennio fa, frustrato dall'incapacità di prevenire e curare la malattia, ho iniziato un'iniziativa per la raccolta di pancreas umani da donatori di organi con diabete di tipo 1 e senza la malattia. Quest'ultimo gruppo è stato raccolto per fornire una comprensione di un pancreas sano "normale". Ad oggi, abbiamo raccolto il pancreas da più di 500 individui. Abbiamo distribuito questi tessuti in circa 230 progetti in 21 paesi in tutto il mondo. I risultati di questo sforzo hanno portato a nuove scoperte che hanno riscritto la nostra comprensione di come si sviluppa questa malattia.

I pazienti con diagnosi di diabete di tipo 1, circa 25.000 all'anno negli Stati Uniti da soli, affrontano una dipendenza permanente da iniezioni giornaliere di insulina per sopravvivere e hanno un alto rischio di sviluppare complicazioni a lungo termine, tra cui cecità, malattie renali, piedi intorpiditi, arto amputazioni e malattie cardiovascolari. Oggi, si stima che circa 1,25 milioni di persone negli Stati Uniti vivano con questo disturbo.

Poiché le complicazioni sono per gli individui con la malattia, forse ancora più scoraggianti sono i molti fattori quotidiani dello stile di vita che devono essere controllati o contabilizzati per tenere sotto controllo la malattia: monitorare i carboidrati, stimare l'esercizio, valutare i livelli di zucchero nel sangue e somministrare l'insulina per evitare livelli di glicemia sia alti che bassi. Questi rappresentano solo alcune delle sfide quotidiane associate alla malattia.

Per questi motivi, l'obiettivo dei nostri sforzi di ricerca collettiva presso l'UF Diabetes Institute è sempre stato quello di capire che cosa causa questa malattia. Sapere che ci consentirebbe di prevedere chi è a rischio, identificare i modi per prevenire la progressione della malattia e sviluppare una terapia curativa.

Perché studiare questi organi?

Il diabete di tipo 1 è solo una delle oltre 80 malattie autoimmuni conosciute che, per ragioni sconosciute, il sistema immunitario si rivolta contro se stesso. Oltre l'autoimmunità, le risposte immunitarie sono anche un elemento chiave per la salute in termini di lotta contro il cancro e le malattie infettive. Dalla nostra esperienza, studiando il pancreas e il diabete di tipo 1, vediamo grandi progressi nella comprensione del ruolo dell'immunità in ciascuna di queste impostazioni attraverso la mappatura. Consentirà una profonda immersione di come funziona il sistema immunitario.

In un individuo sano, le cellule T diventano attive solo quando rispondono alle infezioni o alle cellule tumorali. Ma in quelli predisposti alle malattie autoimmuni, alcune cellule T possono essere erroneamente attivate dalle proteine ​​"auto", portandole a distruggere i tessuti sani.

In altre circostanze - come il cancro o le malattie infettive - il sistema immunitario non riesce a fornire una risposta sufficientemente solida per essere efficace. O le cellule del sistema immunitario proliferano in modo incontrollabile, portando a tumori del sangue e linfatici come il linfoma e la leucemia. Questo è il motivo per cui il timo, la milza e il linfonodo sono tessuti di interesse per coloro che studiano il sano sistema immunitario umano. I ricercatori devono comprendere la linea di base salutare per tutti questi organi in modo che possiamo riconoscere quando le cose iniziano a funzionare male e cambiano, portando a malattie autoimmuni, cancro e malattie infettive. Espresso in un altro modo, per prima cosa dobbiamo capire che cosa costituisce il normale sistema linfatico durante tutta la vita umana.

Perché la definizione di normale è importante?

Potresti chiederti da dove vengono esattamente queste cellule normali. Come abbiamo fatto negli ultimi 11 anni, otterremo tessuti umani di grado trapiantato da donatori di organi deceduti attraverso Organizzazioni di approvvigionamento di organi, dopo che un familiare o un esecutore legale fornisce il consenso informato. Dato in un momento di lutto, questi preziosi doni anatomici, che nel caso della milza, del timo e del linfonodo non sono utilizzabili per le procedure di trapianto salvavita, forniscono una risorsa inimitabile per la ricerca scientifica e la scoperta.

Solo i tessuti considerati "normali", non affetti da patologie note o osservabili, saranno inclusi in questi studi iniziali. Raccoglieremo tessuti da donatori che vanno dai bambini agli adulti fino a 70 anni. Speriamo che questo fornisca intuizioni su come l'età altera i tipi e la salute di tutte le cellule in ogni organo.

Presso l'UF Diabetes Institute un team multidisciplinare comprendente biologi cellulari e molecolari, ematopatiologi che studiano campioni clinici linfatici, ingegneri biomedici, immunologi e molti altri collaboreranno per il programma HuBMAP. Infatti, il centro di mappatura del tessuto UF collaborerà ampiamente con una rete globale di esperti in microscopia e raccolta dati all'avanguardia.

Stiamo istituendo una pipeline di imaging per rilevare dozzine di molecole di proteine ​​e RNA che caratterizzano il nervo, i vasi sanguigni, il tessuto di supporto noto come stroma e le cellule immunitarie da fette di tessuto, utilizzando otto diverse forme di microscopia.

Entro i primi due anni di HuBMAP, abbiamo in programma di mappare la milza, il timo e il linfonodo da 11 donatori di organi.

Ci aspettiamo che i dati risultanti rivelino nuovi tipi di cellule, strutture molecolari e cellulari, interazioni cellula-cellula e le loro implicazioni funzionali nell'anatomia e nella fisiologia umana. Pertanto, si prevede che il programma di Atlante BioMolecolare Umano tridimensionale ad alta risoluzione faciliti la scoperta.

Quando ho raggiunto i miei 50 anni di vita, il numero di colleghi, amici e familiari colpiti dalla malattia aumenta ogni anno. Sono anche diventato di recente nonno. Mi piacerebbe pensare che ciò che ci proponiamo di fare avrà un impatto drammatico sulla salute umana per le generazioni attuali e future. Quello sarebbe un regalo di eredità.

Questo articolo è stato originariamente pubblicato su The Conversation di Mark Atkinson. Leggi l'articolo originale qui.