egy betegnek egy donorra van szüksége. Így a
sikeres sziget-transzplantációhoz betegenként szükséges mintegy
három pankreász kifejezetten „luxusnak” számít.
Összefoglalva a klinikai szigetsejt-transzplantáció
mintegy két évtizedes tapasztalatait azt mondhatjuk, hogy az
eredmények – bár a kezdetekhez képest javuló tendenciát mutatnak –
még a 2010-es években is messze elmaradtak a várakozástól. Az ötéves
inzulinmentesség 10% alatt volt. Ugyanakkor az időközben már
diadalútját járó sebészi pankreászbeültetés – elsősorban a szimultán
végzett pankreász- plusz vesetranszplantáció mellett – az ötéves
grafttúlélés már ebben az időben 90% felett volt (Gruessner, 2011).
A sziget-transzplantáció során a fő gondot továbbra is a donorhiány,
valamint az autoimmun reakció fellángolása jelentette.
Új lehetőségek a sejttranszplantációban: mesterséges ß-sejt
előállítása
Az utóbbi másfél évtizedben a humángenetika, az őssejtkutatás és a
genetikai hátterű betegségek gyógyítása nagy lépésekkel haladt
előre. Az új kutatási eredmények ismeretében felmerült az a
lehetőség, hogy talán szomatikus (testi) sejtekből vagy pluripotens
őssejtből elő lehetne állítani olyan mesterséges ß-sejtet, amelynek
ultrastruktúrája hasonló (esetleg azonos) a humán ß-sejtével,
glukózdependens módon termel és választ el inzulint,
transzplantálható, de nem vált ki autoimmun reakciót. Ha az ilyen
sejteket sikerülne sejttenyészetben szaporítani, akkor esetleg
megoldódna a donorhiány problémája is.
Mesterséges ß-sejtet, illetve mesterséges
Langerhans-szigeteket elvben kétféle módon lehet előállítani:
1.) a pankreász (mind az exokrin, mind az endokrin
állomány) endodermális eredetű. Ma már bizonyított, hogy létezik
transzdifferenciáció, amikor egy, már látszólag „véglegesen”
differenciálódott sejtből egy másfajta differenciálódott sejt alakul
ki, anélkül, hogy a fejlődési soron újra végig kellene mennie (Uher,
2013). Ez elsősorban az azonos csíralemezből származó szövetek
között lehetséges. Így elvben lehetőség van arra, hogy az azonos
csíralemezből (jelen esetben az endodermából) származó szövetek
sejtjeit (például májsejteket vagy az exokrin pankreász duktális
sejtjeit) átalakítsuk a Langerhans-sziget endokrin sejtjeivé. Ezen
az úton akár sziget-újdonképződés is előidézhető, és olyan
ß-sejt-szerű sejtek is kialakíthatók, amelyekben megvan az inzulin
termelésének és glukózdependens szekréciójának képessége,
kifejeződnek („expresszálódnak”) bennük a ß-sejtre jellemző
transzkripciós faktorok, ultrastruktúrájuk megegyezik a valódi
ß-sejtével stb., de antigén tulajdonságaik nem azonosak a
ß-sejtekével, így transzplantációjuk remélhetően nem vált ki
autoimmun reakciót.
2.) a másik lehetőség az őssejtek fejlődésének
olyan irányítása, hogy a pluripotens sejtekből – megfelelő
transzkripciós és növekedési faktorok hozzáadásával – ß-sejt
fejlődjön ki, a fent részletezett tulajdonságokkal (a
Langerhans-szigetek kifejlődésében irányító szerepet játszó
legfontosabb transzkripciós faktorokat a
3. táblázatban foglaltuk
össze).
A sejtek átalakítása elvben in vivo és ex vivo
egyaránt végrehajtható.
Májsejtek átalakítása ß-sejtté
Mint említettük, a májsejtek – a pankreászhoz hasonlóan –
endodermális eredetűek. Képesek a glukózanyagcserében fontos
szerepet játszó vegyületek, így a glukóz-transzporter-2 és a
glukokináz expressziójára, rendelkeznek bizonyos glukózreszponzív
elemekkel. Ugyanakkor nem képesek a proinzulin átalakítására, és nem
rendelkeznek szekretoros granulumokkal, így nem képesek az inzulint
tárolni.
Bernard E. Tuch-nak és munkatársainak már több mint
tíz évvel ezelőtt sikerült májsejtekből álló tumor sejtvonalat
(HUH7) genetikailag úgy módosítani, hogy a sejtek képesek voltak a
proinzulint (az inzulin előanyagát) szintetizálni és hasítani, majd
az inzulint a sejtekben kialakult szekretoros granulumokban tárolni.
Glukóz, Ca++ vagy teofilin hatására prompt inzulin kiáramlás
következett be. A sejtvonal transzplantálhatónak bizonyult, és
diabéteszes egerekbe ültetve azok vércukorszintjét normalizálta. A
fontosabb transzkripciós faktorok közül a sejtek NeuroD-1-et
tartalmaztak, de PDX-1-et nem, ez azonban a funkciót nem
befolyásolta (Tuch et al., 2003).
Legutóbb Dario Gerace és munkatársai foglalták
össze mindazokat a növekedési és fontosabb transzkripciós
faktorokat, amelyek a májsejtből „ß-sejt” képződéséhez szükségesek
(Gerace et al., 2015). Egyúttal áttekintették a vektoriális átvitel
lehetőségeit, a megfelelő virális vektorokat. Mindezek (vagy
legalábbis a fontosabb transzkripciós és növekedési faktorok)
bevitelével akár in vivo körülmények között is kiváltható
mesterséges ß-sejt- vagy Langerhans-sziget-képződés.
Langerhans-sziget-neogenezis májszövetben
in vivo
Rongying Li és munkatársai a közelmúltban az emberi T1DM egyik
modellállat-típusában, NOD (non-obese diabetic) -egerekben Ngn3
(neurogenin3) transzporternek virális vektor segítségével történő
bevitelével a májon belül Langerhans-sziget-neogenezist idéztek elő.
Minden egyes állatba 1011 víruspartikulát juttattak be intravénásan,
s az állatok egyes csoportjaiba vagy Ngn3+Btc (betacellulin: a béta
sejtek növekedését és szaporodását elősegítő polipeptid), vagy e két
faktor+PD-L1 (az effektor limfociták apoptózisát [elpusztítását]
növelő, és így celluláris immuntoleranciát elősegítő faktor)
bevitelét végezték intravénásan. Egy harmadik állatcsoport csak
immuntolerancia-faktort kapott.
A bevitelt követően periportálisan (a májvéna porta
körüli régiójában) sziget-neogenezis indult el (amint azt később a
leölt állatok májában a szövettani vizsgálat is igazolta). Az
állatok vércukorszintje gyakorlatilag normalizálódott (a kiindulási
11,0 mmol/l körüli értékről 5,0–6,0 mmol/l közötti szintre csökkent)
és a tizenöt hetes megfigyelés során végig a normális szinten
maradt. Glukózterhelésre az állatokban normális inzulinválasz és
szabályos vércukorgörbe alakult ki. Meg kell azonban jegyezni, hogy
mindez csak abban az állatcsoportban volt így, amelyik a két
növekedési faktor (Ngn3+Btc) mellett még a limfocitaellenes
toleranciafaktort (PD-L1) is kapta, a másik két állatcsoportban sem
a vércukor-, sem az inzulinszintek nem normalizálódtak. Az utólagos
szövettani feldolgozás és hisztokémiai festés szerint a legtöbb
inzulin- és C-peptid-pozitív sejt is abban a csoportban volt
kimutatható, amelyik mindhárom faktort kapta
(3. ábra).
A leírtakon kívül a toleranciafaktort is kapó csoportban a CD4+
limfociták számának csökkenését, valamint kisebb mértékű interferon-
és TNF-alfa-termelést, egyúttal az interleukin vegyületcsoport
csökkent keletkezését lehetett igazolni. Fontos megjegyezni, hogy
mindez csak a májból származó limfoid sejtekre nézve volt igaz, a
lépből kinyertekre nem. Ezek az eredmények amellett szólnak, hogy az
immuntoleranciát kiváltó hatás erősíti és elnyújtja a mesterségesen
kialakított új „Langerhans-szigetek” funkcióját, másrészt az
újdonképződő szigetek funkcióját segítő immunszupresszív hatás csak
lokális, és nem általános (Li et al., 2015).
Mesterséges ß-sejt kialakítása
pluripotens őssejtből
Felicia W. Pagliuca és munkatársai humán embrionális pluripotens
őssejtekből többlépcsős tenyésztés során (amelynek egyes fázisaiban
különböző növekedési faktorokat és transzkripciós faktorokat adtak a
sejttenyészethez) végül „stem cell eredetű ß-sejteket (SC-ß)”
nyertek. Ezek a sejtek ismételt glukózstimulusra (amikor a
tápfolyadék glukózkoncentrációját ismételten 2,0 mM és 20,0 mM
között változtatták) promt inzulinelválasztással reagáltak, és ez a
reakciókészség megmaradt akkor is, amikor e sejteket NOD-egérbe
transzplantálták. Elektronmikroszkópos vizsgálat szerint a
SC-ß-sejtek szabályos inzulingranulumokat tartalmaztak, és
tartalmazták a főbb transzkripciós faktorokat is.
A szerzők értékelése szerint módszerükkel hasonló
sejtek százmilliós nagyságrendben állíthatók elő laboratóriumi
körülmények között. A kezdeti eredmények biztatóak, de egyelőre
experimentális szintűek. Klinikai eredmények még nem állnak
rendelkezésre.
Az eredmények összefoglalása
1-es típusú diabéteszben a normoglikémia elérése csak
„visszacsatolásos” inzulinbevitellel, closed-loop rendszerű
inzulinpumpával vagy sikeres pankreász-, illetve
Langerhans-sziget-beültetéssel lehetséges. Bár a teljes pankreász
sebészi beültetésével kapcsolatban már igen jók az eredmények, ez a
beavatkozás ma is nagy műtétnek számít, a betegre igen nagy
megterhelést jelent, és előrehaladott nagyérszövődmények, például
makrovaszkuláris szövődmények (így obliteratív, érlumen elzáródást
okozó perifériás artériás ateroszklerózis) esetén végzése
kontraindikált. A sokkal kisebb megterhelést jelentő és lényegesen
kevesebb szövődménnyel járó Langerhans-sziget-transzplantáció
széleskörű alkalmazásának korlátot szab egyrészt a donorhiány,
másrészt a viszonylag rövid grafttúlélés. E nehézségek részben
áthidalhatók lennének olyan „mesterséges” ß-sejtek alkalmazásával,
amelyek nagy (korlátlan?) mennyiségben állíthatók elő, strukturális
és funkcionális tulajdonságaik azonosak a természetes ß-sejtekével,
és e tulajdonságaikat transzplantáció után is megtartják.
A fent leírt eredmények példázzák, hogy
experimentális körülmények között lehetséges mesterséges ß-sejtek
előállítása vagy sziget-neogenezis előidézése. Mind a mesterséges
ß-sejtek, mind az újonnan képzett szigetek képesek a glukózdependens
inzulinszekrécióra, ultrastruktúrájuk egyezik a természetes
ß-sejtekével, s transzplantáció után normalizálják a diabéteszes
állatok anyagcseréjét. Kérdés természetesen, hogy a fenti eljárások
alkalmazhatók-e humán beteganyagon, klinikai körülmények között is.
Erre nézve egyelőre nem állnak rendelkezésünkre adatok.
Kulcsszavak: 1-es típusú diabétesz, Langerhans-sziget,
mesterséges ß-sejtek, pluripotenciális őssejt, transzplantáció
IRODALOM
Ballinger, Walter F.– Lacy, Paul E.
(1972): Transplantation of Intact Pancreatic Islets in Rats.
Surgery. 7–2, 175–186.
CITR (2010): Collaborative Islet
Transplant Registry (CITR) •
WEBCÍM
Federlin, Konrad – Bretzel, R. G. –
Schmidtchen, U. (1976): Islet Transplantation in Experimental
Diabetes in the Rat. V.: Regression of Glomerular Lesions in
Diabetic Rats After Intraportal Transplantation of Isogenic Islets.
Hormone And Metabolic Research. 8, 404–406.
Gerace, Dario – Martiniello-Wilks, R. –
O’Brien, B. A. et al. (2015): The Use of ß-Cell Transcription
Factors in Engineering Artificial ß Cells from Non-pancreatic
Tissue. Gene Therapy. 22, 1–8. DOI: 10.1038/gt.2014.93 •
WEBCÍM
Gottlieb, Peter A. – Berrios, J. P. –
Mariani, G. et al. (1990): Autoimmune Destruction of Islets
Transplanted into RT6-Depleted Diabetes-resistant BB/wor Rats.
Diabetes. 39, 643–645. DOI:10.2337/diab.39.5.643 •
WEBCÍM
Gruessner, Angelika C. (2011): 2011 Update
on Pancreas Transplantation: Comprehensive Trend Analysis of 25 000
Cases Followed up Over the Course of Twenty-four Years at the
International Pancreas Transplant Registry (IPTR). Rev Diabet Stud.
8, 6–16. DOI: 10.1900/RDS.2011.8.6 •
WEBCÍM
Kelly, William D. – Lillehei, R. C. , –
Merkel, F. K. et al. (1966): Allotransplantaton of the Pancreas and
Duodenum along with the Kidney in Diabetic Nephropathy. Surgery. 1,
827–837.
Li, Rongying – Lee, J. – Kim, M. S. et al.
(2015): PD-L1-Driven Tolerance Protects Neurogenin3-induced Islet
Neogenesis to Reverse Established Type 1 Diabetes in NOD Mice.
Diabetes. 64, 529–540. DOI: 10.2337/db13-1737
Lim, Franklin – Sun, Anthony M. (1980):
Microencapsulated Islets as a Bioarteficial Pancreas. Science. 201,
980–990. DOI:10.1126/science.6776628
O’Shea, Geraldine M. – Sun, Anthony M.
(1986): Encapsulation of Rat Islets of Langerhans Prolongs Xenograft
Survival in Diabetic Mice. Diabetes. 5, 943–946.
DOI:10.2337/diab.35.8.943 •
WEBCÍM
Pagliuca, Felicia W. – Millman, J. R. –
Gürtler, M. et al. (2014). Generation of Functional Human Pancreatic
ß Cells In Vitro. Cell. 159, 428–439. DOI:
10.1016/j.cell.2014.09.040 •
WEBCÍM
Prowse, Stephen J. – Bellgrau, D. –
Lafferty, K. (1986): Islet Allografts Are Destroyed by Disease
Occurence in the Spontaneously Diabetic BB Rat. Diabetes. 35,
110–114. DOI:10.2337/diab.35.1.110
Scharp, David W. – Lacy, P. E. – Santiago,
J. V et al. (1990): Insulin Independence after Islet Transplantation
into a Type 1 Diabetic Patient. Diabetes. 39, 515–518.
DOI:10.2337/diab.39.4.515 •
WEBCÍM
Schrezenmeir, Jürgen – Kirchgessner, J. –
Gerő, L. et al. (1994): Relation between Secretory Function and
Oxygen Supply in Isolated Islet Organs. Transplantation. 57, 1–6.
Schrezenmeir, Jürgen – Gerő, L. – Laue,
Ch. – Kirchgessner, J. et al. (1992): The Role of Oxygen in Islet
Transplantation. Transplantation Proceedings. 24, 2925–2929.
Shapiro, James – Lakey, J. R. – Ryan, E.
A. et al. (2000): Islet Transplantation in Seven Patients with Type
1 Diabetes Mellitus Using a Glucocorticoid-free Immunosuppressive
Regimen. The New England Journal of Medicine. 343, 230–238. DOI:
10.1056/NEJM200007273430401 •
WEBCÍM
Shapiro, James – Ricordi, C. – Hering, B.
J. (2006): International Trial of the Edmonton Protocol for Islet
Transplantation. The New England Journal of Medicine. 355,
1318–1330. DOI: 10.1056/NEJMoa 061267 •
WEBCÍM
Soon-Shiong, Patrick – Heintz, R. E. –
Merideth, N. et al. (1994): Insulin Independence in a Type 1
Diabetic Patient after Encapsulated Islet Transplantation. The
Lancet. 343, 950–951.
Tuch, Bernard E. – Szymanska, B. – Yao, M.
et al. (2003): Function of Genetically Modified Human Liver Cell
Line That Stores, Processes and Secretes Insulin. Gene Therapy. 10,
490–503. DOI:10.1038/sj.gt.3301911 •
WEBCÍM
Uher, Ferenc (2013): A szöveti őssejtek
programozott átalakulásai – lehetséges-e a transzdifferenciáció?
Magyar Tudomány. 174, 6, 670–677. •
WEBCÍM
|