สาเหตุของโรคเบาหวานประเภท 1 คืออะไร? ทำไมนักวิทยาศาสตร์ทำแผนที่เซลล์เพื่อค้นหา

มีเซลล์ประมาณ 100 ล้านล้านเซลล์ที่สร้างร่างกายมนุษย์ ความพยายามวิทยาศาสตร์ mega ใหม่จะจัดทำแคตตาล็อกและภาพแต่ละเซลล์ 200 หรือมากกว่าจาก 80 อวัยวะที่รู้จักและระบุยีนที่ทำงานอยู่ในเซลล์เหล่านี้

ความพยายามใหม่นี้ติดตามส้นเท้าของโครงการจีโนมมนุษย์ที่ล้อมรอบชีววิทยาในช่วงปี 1990 และต้นปี 2000 ขณะนี้นักวิทยาศาสตร์ได้เข้าใจถึงความท้าทายใหม่และน่าตื่นเต้น: เพื่อสร้างแผนที่เซลล์ของร่างกายมนุษย์ทั้งหมดโครงการที่เรียกว่าโครงการ Human BioMolecular Atlas Program หรือ HuBMAP มหาวิทยาลัยฟลอริดาเป็นหนึ่งในห้าศูนย์การทำแผนที่เนื้อเยื่อที่เข้าร่วม ที่ศูนย์ UF เรามีการคิดค่าใช้จ่ายในการทำแผนที่ต่อมไทมัสต่อมน้ำเหลืองและม้ามซึ่งเป็นองค์ประกอบสำคัญทั้งหมดของระบบภูมิคุ้มกัน

ฉันได้ศึกษาโรคเบาหวานประเภท 1 หรือโรคเบาหวานเด็กและเยาวชนมาเป็นเวลาเกือบ 35 ปีแล้วและกับเพื่อนร่วมงานคนอื่น ๆ ของฉันที่สถาบันโรคเบาหวาน UF ฉันพยายามหาวิธีในการป้องกันและรักษาโรค นี่เป็นสิ่งที่ท้าทายจนกระทั่งเมื่อไม่นานมานี้เพราะเราไม่รู้ว่าเกิดจากโรคเบาหวานประเภท 1 ได้อย่างไร

เป้าหมายของเราในฐานะศูนย์การทำแผนที่เนื้อเยื่อคือการระบุชนิดของเซลล์ที่ไม่ซ้ำกันซึ่งโปรตีนที่พวกเขาผลิตและยีนที่เปิดอยู่และสร้างแบบจำลองสามมิติเสมือนจริงของแต่ละอวัยวะ แผนที่นี้จะแจ้งให้ทราบการวิจัยของโรคต่างๆรวมถึงโรคเบาหวานประเภท 1

ทำไมการทำความเข้าใจสาเหตุของโรคเบาหวานชนิดที่ 1 จึงมีความสำคัญ?

เรารู้ว่าโรคเบาหวานประเภท 1 เป็นสิ่งที่เรียกว่า "โรคภูมิต้านทานผิดปกติอัตโนมัติ" ในโรคเบาหวานชนิดที่ 1 เซลล์ภูมิคุ้มกันที่รู้จักกันในชื่อ "T lymphocytes" มีความคิดที่จะทำลายเซลล์เบต้าตับอ่อนที่มีหน้าที่ผลิตอินซูลินซึ่งควบคุมระดับน้ำตาล ในเลือดของเรา

เมื่อสิบกว่าปีที่แล้วฉันรู้สึกหงุดหงิดเมื่อไม่สามารถป้องกันและรักษาโรคได้ฉันจึงริเริ่มที่จะรวบรวมตับอ่อนของมนุษย์จากผู้บริจาคอวัยวะด้วยโรคเบาหวานประเภท 1 รวมถึงผู้ที่ไม่มีโรคนี้ กลุ่มหลังถูกรวบรวมเพื่อให้เข้าใจตับอ่อนที่มีสุขภาพดี“ ปกติ” จนถึงปัจจุบันเราได้รวบรวมตับอ่อนจากบุคคลมากกว่า 500 คน เราแจกจ่ายเนื้อเยื่อเหล่านี้ไปยัง 230 โครงการใน 21 ประเทศทั่วโลก ผลของความพยายามนี้ได้นำไปสู่การค้นพบใหม่ที่ได้เขียนความเข้าใจของเราใหม่เกี่ยวกับการพัฒนาของโรคนี้

ผู้ป่วยที่ได้รับการวินิจฉัยว่าเป็นโรคเบาหวานชนิดที่ 1 ปีละ 25,000 คนในสหรัฐอเมริกาเพียงคนเดียวต้องเผชิญกับการพึ่งพาอินซูลินฉีดทุกวันเพื่อเอาชีวิตรอดและมีความเสี่ยงสูงในการพัฒนาภาวะแทรกซ้อนทางการแพทย์ระยะยาวรวมถึงโรคตาบอดโรคไต การตัดแขนขาและโรคหลอดเลือดหัวใจ ทุกวันนี้มีการคาดการณ์ว่าผู้คนในสหรัฐฯเกือบ 1.25 ล้านคนอาศัยอยู่กับโรคนี้

เนื่องจากภาวะแทรกซ้อนเหล่านี้มีไว้สำหรับผู้ที่เป็นโรคบางทีอาจเป็นเรื่องที่น่ากลัวยิ่งกว่านั้นคือปัจจัยในการดำเนินชีวิตประจำวันหลายอย่างที่ต้องมีการควบคุมหรือนำมาใช้เพื่อรักษาโรคในการตรวจสอบ: การติดตามคาร์โบไฮเดรตประเมินการออกกำลังกายประเมินระดับน้ำตาลในเลือด เพื่อหลีกเลี่ยงระดับน้ำตาลในเลือดสูงและต่ำ สิ่งเหล่านี้แสดงถึงความท้าทายที่เกี่ยวข้องกับโรคประจำวัน

ด้วยเหตุผลเหล่านี้เป้าหมายของการวิจัยร่วมของเราที่สถาบันโรคเบาหวานยูเอฟจึงต้องเข้าใจเสมอว่าอะไรเป็นสาเหตุของโรคนี้ การรู้ว่าจะทำให้เราสามารถคาดการณ์ได้ว่าใครมีความเสี่ยงระบุวิธีป้องกันการลุกลามของโรคและพัฒนาวิธีการรักษา

ทำไมต้องศึกษาอวัยวะเหล่านี้

โรคเบาหวานประเภท 1 นั้นเป็นหนึ่งในโรคภูมิต้านทานเนื้อเยื่อที่รู้จักกันดีกว่า 80 โรคซึ่งระบบภูมิคุ้มกันของร่างกายก็ไม่สามารถป้องกันได้ การตอบสนองทางภูมิคุ้มกันยังเป็นองค์ประกอบสำคัญต่อสุขภาพในแง่ของการต่อสู้กับโรคมะเร็งและโรคติดเชื้อ จากประสบการณ์ของเราการศึกษาเกี่ยวกับตับอ่อนและเบาหวานประเภท 1 เราเห็นความก้าวหน้าอย่างมากในการทำความเข้าใจบทบาทของภูมิคุ้มกันในการตั้งค่าเหล่านี้ผ่านการทำแผนที่ มันจะช่วยให้การดำน้ำลึกของระบบภูมิคุ้มกันทำงาน

ในบุคคลที่มีสุขภาพดีเซลล์ T จะทำงานได้เฉพาะเมื่อตอบสนองต่อการติดเชื้อหรือเซลล์มะเร็ง แต่ในผู้ที่มีแนวโน้มเป็นโรคแพ้ภูมิตัวเองเซลล์ T บางตัวสามารถทำงานได้อย่างผิดพลาดโดยโปรตีน "ตัวเอง" ทำให้พวกมันทำลายเนื้อเยื่อที่มีสุขภาพดี

ในสถานการณ์อื่น ๆ - เช่นมะเร็งหรือโรคติดเชื้อ - ระบบภูมิคุ้มกันล้มเหลวในการตอบสนองที่แข็งแกร่งพอที่จะมีประสิทธิภาพ หรือเซลล์ของระบบภูมิคุ้มกันแพร่กระจายอย่างไม่สามารถควบคุมได้นำไปสู่โรคมะเร็งเลือดและน้ำเหลืองเช่นมะเร็งต่อมน้ำเหลืองและมะเร็งเม็ดเลือดขาว นี่คือเหตุผลที่ไธมัสม้ามและต่อมน้ำเหลืองเป็นเนื้อเยื่อที่น่าสนใจสำหรับผู้ที่ศึกษาระบบภูมิคุ้มกันของร่างกายมนุษย์ นักวิจัยจำเป็นต้องเข้าใจพื้นฐานที่ดีต่อสุขภาพสำหรับอวัยวะทั้งหมดเหล่านี้เพื่อให้เราสามารถรับรู้เมื่อสิ่งต่าง ๆ เริ่มที่จะผิดปกติและการเปลี่ยนแปลงที่นำไปสู่โรคภูมิต้านตนเอง, โรคมะเร็งและโรคติดเชื้อ แสดงอีกวิธีหนึ่งก่อนอื่นเราต้องเข้าใจสิ่งที่ถือเป็นระบบน้ำเหลืองปกติตลอดอายุการใช้งานของมนุษย์

ทำไมการกำหนดความสำคัญเป็นปกติ

คุณอาจสงสัยว่าเราได้เซลล์เหล่านี้มาจากไหน ดังที่เราทำมา 11 ปีที่ผ่านมาเราจะได้รับเนื้อเยื่อมนุษย์ระดับการปลูกถ่ายจากผู้บริจาคอวัยวะที่เสียชีวิตผ่านองค์กรจัดซื้ออวัยวะหลังจากสมาชิกในครอบครัวหรือผู้ดำเนินการทางกฎหมายให้ความยินยอม ของกำนัลทางกายวิภาคอันมีค่าเหล่านี้ซึ่งในกรณีของม้ามไธมัสและต่อมน้ำเหลืองนั้นไม่สามารถใช้ได้สำหรับกระบวนการปลูกถ่ายชีพซึ่งเป็นทรัพยากรที่ไม่สามารถตรวจสอบได้สำหรับการสืบสวนและค้นพบทางวิทยาศาสตร์

เฉพาะเนื้อเยื่อที่พิจารณาว่าเป็น“ ปกติ” - ไม่ได้รับผลกระทบจากพยาธิสภาพที่ทราบหรือที่สังเกตได้ - จะถูกรวมไว้ในการศึกษาเบื้องต้นเหล่านี้ เราจะรวบรวมเนื้อเยื่อจากผู้บริจาคตั้งแต่ทารกจนถึงผู้ใหญ่จนถึงอายุ 70 ​​ปี เราหวังว่าสิ่งนี้จะให้ข้อมูลเชิงลึกว่าอายุจะเปลี่ยนแปลงประเภทและสุขภาพของเซลล์ทั้งหมดในแต่ละอวัยวะอย่างไร

ที่ UF Diabetes Institute ทีมสหสาขาวิชาชีพรวมถึงนักชีววิทยาเซลล์และโมเลกุลนักโลหิตวิทยาที่ศึกษาตัวอย่างน้ำเหลืองทางคลินิกวิศวกรชีวการแพทย์ภูมิคุ้มกันวิทยาและอื่น ๆ อีกมากมายจะร่วมมือกันเพื่อโปรแกรม HuBMAP อันที่จริงศูนย์การทำแผนที่เนื้อเยื่อ UF จะร่วมมืออย่างกว้างขวางกับเครือข่ายผู้เชี่ยวชาญทั่วโลกในการใช้กล้องจุลทรรศน์และการรวบรวมข้อมูลที่ทันสมัย

เรากำลังสร้างท่อส่งภาพเพื่อตรวจจับโปรตีนและโมเลกุลอาร์เอ็นเอหลายสิบตัวซึ่งมีลักษณะเป็นเส้นประสาทหลอดเลือดเนื้อเยื่อที่รองรับที่เรียกว่าสโตรมาและเซลล์ภูมิคุ้มกันจากเนื้อเยื่อชิ้นโดยใช้กล้องจุลทรรศน์แปดรูปแบบที่แตกต่างกัน

ภายในสองปีแรกของ HuBMAP เราวางแผนที่จะทำแผนที่ม้ามไธมัสและต่อมน้ำเหลืองจากผู้บริจาคอวัยวะ 11 คน

เราคาดหวังว่าข้อมูลที่เกิดขึ้นจะเปิดเผยประเภทเซลล์ใหม่โครงสร้างโมเลกุลและเซลล์ปฏิกิริยาระหว่างเซลล์กับเซลล์และผลกระทบการทำงานของพวกเขาในกายวิภาคศาสตร์มนุษย์และสรีรวิทยา ดังนั้นคาดว่าโปรแกรม Human BioMolecular Atlas ความละเอียดสูงแบบสามมิติจะช่วยอำนวยความสะดวกในการค้นพบ

เมื่อฉันอายุครบ 50 ปีจำนวนผู้ร่วมงานเพื่อนและสมาชิกในครอบครัวที่ได้รับผลกระทบจากโรคเพิ่มขึ้นทุกปี ฉันยังเป็นปู่ ฉันอยากจะคิดว่าสิ่งที่เราเสนอให้ทำจะมีผลกระทบอย่างมากต่อสุขภาพของมนุษย์ทั้งในปัจจุบันและอนาคต นั่นจะเป็นของขวัญที่สืบทอดมา

บทความนี้ถูกตีพิมพ์ครั้งแรกใน The Conversation โดย Mark Atkinson อ่านบทความต้นฉบับที่นี่