Казань

Лечение пациента с диабетом 2 типа и нарушенной функцией островков поджелудочной железы с помощью персонализированной ткани островков, полученной из стволовых клеток энтодермы

Сахарный диабет 2 типа (СД2) обычно начинается с резистентности к инсулину в периферических тканях и продолжается с постепенной потерей функции островков из-за снижения массы β-клеток или дедифференциации β-клеток 1 , 2 . Более 30% пациентов с СД2 в конечном итоге полагаются на экзогенное лечение инсулином. Трансплантация трупных островков является эффективным методом лечения инсулинозависимого диабета 3 , 4 . Примечательно, что улучшенный метаболический контроль после трансплантации островков связан с лучшей функцией аллотрансплантата почки и долгосрочной выживаемостью 5 , 6 . Однако применение трансплантации островков серьезно затруднено из-за критической нехватки донорских органов.

Было показано, что клетки-предшественники поджелудочной железы (PP) или ткани островков, полученные из плюрипотентных стволовых клеток человека (hPSCs), выживают, функционируют и обращают вспять гипергликемию на моделях животных с диабетом 7 , 8 , 9 . Кроме того, недавнее клиническое исследование показало, что при подкожной имплантации пациентам с СД1 энтодермальные клетки поджелудочной железы, полученные из hPSC, инкапсулированные неиммунозащитными устройствами, были способны в дальнейшем созревать в чувствительные к приему пищи β-подобные клетки и секретировать инсулин, хотя и в короткие сроки. уровни недостаточны для достижения независимости от экзогенного инсулина 10 , 11 . Тем не менее, клиническое применение клеток, полученных из hPSC, подрывается сложными процессами дифференцировки и риском наличия остаточных недифференцированных клеток, которые могут образовывать тератомы in vivo. Недавние исследования были сосредоточены на идентификации промежуточных типов стволовых клеток, включая неопухолевые стволовые клетки эндодермы человека (EnSCs) 12 , которые, по-видимому, более подходят в качестве предшественников для крупномасштабной генерации островковых клеток.

Здесь мы сообщаем о внутрипеченочной имплантации островковой ткани (E-островков), дифференцированной in vitro из аутологичных EnSC, пациенту с СД2, у которого была нарушена секреция инсулина. Это пилотное исследование, инициированное исследователем, предназначенное для изучения безопасности и эффективности E-островков для лечения инсулинозависимых пациентов с диабетом (рис. 1a ). Пациентом был 59-летний мужчина с 25-летним анамнезом СД2, у которого развилась терминальная стадия диабетической нефропатии, который перенес трансплантацию почки в июне 2017 года и имел плохой гликемический контроль с ноября 2019 года, характеризующийся уровнем глюкозы в крови от 3,66–14,60 ммоль/л, средняя амплитуда отклонения гликемии (MAGE) 5,54 ммоль/л, время нахождения в узком целевом диапазоне (TITR, 3,9–7,8 ммоль) 56,7%, с ежедневными явлениями гипергликемии ( > 10,0 ммоль/л) 0,7/день и гипогликемические явления (< 3,9 ммоль/л) 0,3/день (дополнительная таблица S1 ). Из-за серьезных опасений, связанных с гипогликемией и пагубным влиянием плохого гликемического контроля на долгосрочную выживаемость донорской почки, пациент согласился продолжить трансплантацию с аутологичными E-островками.

 

Рис. 1: Доклинические исследования и клинические результаты трансплантации аутологичных E-островков у пациента с СД2.

 

Краткая схема основных процедур, связанных с созданием и контролем качества Е-островков, а также оценкой безопасности/эффективности трансплантации Е-островков. б – г Е-островки обращают гипергликемию у мышей с диабетом и иммунодефицитом, вызванных STZ. Схематическая иллюстрация трансплантации почечной капсулы E-островков ( b ). Динамика уровня глюкозы в крови натощак (синяя линия: фиктивная группа; красная линия: группа с трансплантацией E-островков, c ). Секреция человеческого C-пептида после голодания и через 30 минут после внутрибрюшинного болюсного введения глюкозы на 90-й и 180-й дни после трансплантации ( d ). д – ж Иммуногенность Е-островков у гуманизированных мышей. Схематическая иллюстрация трансплантации сингенной и аллогенной капсулы почки специфичных для пациента E-островков мышам с диабетом NCG-hIL15, гуманизированным с помощью РВМС пациента и добровольца ( е ). Динамика уровня глюкозы в крови натощак (синяя линия представляет собой контрольную группу с Е-островками пациента, трансплантированными трем мышам с диабетом, гуманизированным с помощью РВМС добровольца; красная линия представляет группу с Е-островками пациента, трансплантированными трем мышам с диабетом, гуманизированным РВМС пациента, е ). Секреция человеческого C-пептида после голодания и через 30 минут после внутрибрюшинного болюсного введения глюкозы на 7 и 14 дни после трансплантации E-островков (UD не обнаруживается, g ). h Клинические измерения TITR, TIR и HbA1c, а также дозировки инсулина в течение 116 недель. i Непрерывные интерстициальные колебания уровня глюкозы, полученные на основе измерений CGM на 52 и 105 неделях, по сравнению с уровнями до операции. j – l Уровни циркулирующей глюкозы натощак и после приема пищи ( j ), C-пептида ( k ) и инсулина ( l ) в сыворотке крови по результатам анализов MMTT.

 

E-островки были созданы из аутологичных EnSC, которые были созданы в условиях культуры, модифицированных из наших предыдущих отчетов 12 (подробности см. в разделе «Дополнительные методы»), через две промежуточные стадии в условиях GMP. Было доказано, что морфология, чистота, жизнеспособность и загрязнение микроорганизмами PP, полученных из EnSC, эндокринных клеток-предшественников и E-островков, соответствуют критериям выпуска (дополнительные рисунки S1 – S3 и таблица S6 ). E-островки имели схожую морфологию (дополнительный рисунок S3a ), состав эндокринных клеток (дополнительный рисунок S3b, c, e, f ), характер экспрессии генов (дополнительный рисунок S3d – f ) и функциональность in vitro (дополнительный рисунок S3g ) . к трупным островкам человека и продемонстрировал функциональную эффективность на моделях мышей с диабетом, индуцированных стрептозотоцином (STZ) (рис. 1b-d ) и обезьян (дополнительный рисунок S4 ). Нецелевые печеночные или кишечные линии при исследовании с помощью scRNA-seq (дополнительный рисунок S3f ) или FACS (дополнительный рисунок S3h ) не были обнаружены. Ни образование опухоли, ни кистозные/протоковые структуры, указывающие на пролиферацию клеток, не были обнаружены у животных с ослабленным иммунитетом, которым трансплантировали либо EnSC, либо E-островки во время экспериментов (дополнительная таблица S3 ). Специфические для пациента E-островки выживали и функционировали под капсулами почек мышей с диабетическим иммунодефицитом, гуманизированных собственными РВМС пациента, но отторгнутых теми, которые были гуманизированы РВМС от неродственного добровольца (рис. 1e-g ; дополнительный рис. S5 ), это предполагает, что иммунная система пациента, вероятно, толерантна к аутологичным E-островкам.

Пациенту была проведена чрескожная чреспеченочная трансплантация воротной вены, в результате которой было доставлено 1,2 миллиона IEQ E-островков, в соответствии с нормативными рекомендациями, полученными при клинической регистрации трансплантации островков. При назначенных визитах исследования эндокринной функции и параметров, специфичных для диабета, с помощью теста на толерантность к смешанной пище (MMTT) проводились исходно, через 4, 8, 12, 16, 20, 24, 36 и 48 недель, а затем в определенные моменты времени ( Дополнительный рисунок S6a ). Гликемический контроль пациента измерялся с помощью 24-часовой системы непрерывного мониторинга глюкозы в реальном времени (CGM).

В течение 116-недельного периода наблюдения не было обнаружено никаких опухолевых образований ни при помощи МРТ верхней части живота, ни при измерении сывороточных маркеров опухолевого антигена. Нежелательные явления, возникшие во время лечения, включали: (1) временное вздутие живота и потерю аппетита в течение 4–8 недель, купированные метионилтрихлоридом; (2) восстановимая потеря веса <5% (с 80 кг до 76 кг).

Три основных клинических результата, гликемические целевые показатели, снижение экзогенного инсулина и уровни циркулирующего С-пептида/инсулина натощак и стимулированного приемом пищи, отслеживались в течение первых 116 недель (Дополнительные таблицы S4 , S5 ). Выраженные изменения в гликемическом контроле пациента наблюдались уже на 2-й неделе после трансплантации, поскольку MAGE снизился с 5,50 ммоль/л до 3,60 ммоль/л, а TITR быстро увеличился с 56,7% до 77,8% (рис. 1h ; Дополнительная таблица S1 ). За тот же период время выше диапазона (TAR) снизилось на 55% от исходного уровня, в то время как события тяжелой гипергликемии (> 13,9 мМ) и гипогликемии (< 3,9 мМ) полностью исчезли (Дополнительные рисунки S7a, b и Таблица S1 ). В период между 4 и 12 неделями наблюдалось значительное снижение амбулаторных средних колебаний уровня глюкозы (с 5,50 до 2,6 ммоль/л) (Дополнительная таблица S1 ) и устойчивый рост TITR (с 81% до 90%) (рис. 1h ; дополнительный рисунок S7c–e и таблица S1 ). После 32 недели TITR пациента легко достигал 99% и поддерживался в дальнейшем (рис. 1h, i ; дополнительная таблица S1 ), в то время как MAGE, золотой стандарт вариабельности уровня глюкозы в крови, снизился с 5,50 мМ до 1,60 мМ (дополнительные рисунки S6d , S7h–l и таблица S1 ). Важно отметить, что в течение всего периода наблюдения в 116 недель после операции не наблюдалось ни одного эпизода гипогликемии или тяжелой гипергликемии (Дополнительный рис. S7 и Таблица S1 ). Кроме того, MMTT выявил тенденцию к стабилизации гликемической изменчивости после операции, что проявилось в стабильных концентрациях глюкозы натощак и значительном снижении концентраций глюкозы после еды (максимум 21,3 мМ на исходном уровне по сравнению с максимумом 9,1 мМ на 105 неделе) (Рис. 1j ; Дополнительная таблица S5 ). Соответственно, площадь под кривой (AUC), полученная из 5-точечных значений внутривенной глюкозы, снизилась до 40% от исходного уровня (Дополнительный рис. S6b ), что подтверждено AUC значений, полученных из CGM (Дополнительный рис. S6c ). Уровень гемоглобина A1c снизился с 6,6% (исходный уровень) до 5,5% (85-я неделя) и 4,6% (113-я неделя) (рис. 1h ; дополнительная таблица S1 ).

Примечательно, что потребность в инсулине снижалась постепенно до полной отмены к концу 11-й недели (рис. 1h ), а пероральные противодиабетические препараты постепенно снижались с 44-й недели и прекращались на 48-й неделе (акарбоза) и 56-й неделе (метформин) (дополнительный рисунок S6a ).

Средний уровень С-пептида натощак после операции (0,68 нмоль/л) увеличился в 3 раза по сравнению с уровнем до операции (рис. 1k ; дополнительная таблица. S5 ). Примечательно, что секреция С-пептида (рис. 1k ) и инсулина (рис. 1l ), измеренная с помощью MMTT, показала значительное повышение по сравнению с показателями предоперационных тестов, что подтверждено AUC (дополнительный рисунок. S6b ).

В совокупности мы сообщаем о первой у человека заместительной тканевой терапии с использованием аутологичных E-островков для пациента с СД2 с нарушенной функцией островков. Первые 27-месячные данные выявили значительные улучшения в гликемическом контроле и предоставили первые доказательства того, что ткани островковых клеток, полученные из стволовых клеток, могут спасти функцию островков у пациентов с СД2 на поздней стадии. Трансплантаты хорошо переносились без образования опухоли или серьезных побочных эффектов, связанных с трансплантатом.

Предшествующие клинические испытания с использованием трупных островков или инкапсулированных PP, полученных из hPSC10 , 11 , наряду с нашим исследованием, предоставили обнадеживающие доказательства того, что замена островковой ткани является эффективным средством лечения для пациентов с диабетом. В частности, получение островковой ткани из hPSC или EnSC обеспечивает беспрецедентные новые источники для заместительной терапии тканей. Несмотря на общую цель доказательства концепции, между опубликованными испытаниями10, 11 и нашими имеются некоторые различия . Во  первых, система регенерации островков на основе EnSC уникальна тем, что EnSC не являются опухолеродными in vivo12 и подходят для эффективного массового производства островков, поскольку они специфичны для энтодермы и ближе по уровню развития к панкреатическим линиям. Во-вторых, наше пилотное исследование выбрало пациента с СД2, а не с СД1, что не только исключило вмешательство аутоиммунных состояний для оценки приживления и функциональности островков E, но и расширило спектр показаний для трансплантации островков. Что касается ограничений этого исследования, мы не можем полностью исключить возможность того, что остаточные эндогенные островки выиграли от операции и приобрели функциональные улучшения. Поэтому увеличение размера выборки и дополнительные испытания пациентов с СД1 с полной потерей β-клеток островков помогут сделать окончательные выводы о причинной роли островков E в достижении гликемических целей.

Будущие исследования необходимы для изучения фармакодинамики островков, полученных из стволовых клеток, в качестве лекарственного средства, для расширения применения трансплантации островков, полученных из стволовых клеток, для других подтипов диабета, а также для создания «универсальных островков» в качестве готовых продуктов для лечения диабета. вылечить диабет без необходимости иммуносупрессии.

 

Источник: https://www.nature.com/articles/s41421-024-00662-3

Новости, конференции и другая интересная информация

В России создали устройство для диагностики лёгочных заболеваний на основе ИИ

Команда российских студентов и учёных разработала и успешно провела лабораторные испытания портативного устройства для точного мониторинга и неинвазивной диагностики астмы и хронической обструктивной

Конференция молодых учёных OpenBio

К участию в конференции приглашаются студенты, аспиранты, преподаватели, сотрудники НИИ и коммерческие организации. Представить свои исследования можно по темам: — Вирусология —

Электроды в мозге поймали сигнал «внутреннего голоса»

Ученые из Сколтеха, Федерального центра нейрохирургии Минздрава РФ, Сеченовского университета и МГУ имени М. В. Ломоносова исследовали мозговую активность при письме и говорении у двух пациентов с