Vad är orsaken till typ 1 diabetes? Varför forskare kartlägger celler för att ta reda på det

Det finns cirka 100 biljoner celler som utgör människokroppen. En ny mega-vetenskaplig strävan kommer att katalogisera och avbilda var och en av de 200 eller flera typerna av celler från de 80 kända organen och identifiera de gener som är aktiva i dessa celler.

Denna nya ansträngning följer på hälsan av det mänskliga genomprojektet som uppslukad biologi under 1990-talet och början av 2000-talet. Nu har forskare tänkt en ny och spännande utmaning: att skapa en mobil karta över hela människokroppen, ett projekt som heter Human BioMolecular Atlas Programme eller HuBMAP. University of Florida är en av fem deltagande tissue mapping centers. Här på UF-centret är vi skyldiga att kartlägga tymus, lymfkörteln och mjälten - alla viktiga komponenter i immunsystemet.

Jag har studerat typ 1-diabetes eller juvenil diabetes i nästan 35 år och jag har tillsammans med mina andra kollegor vid UF Diabetes Institute försökt hitta ett sätt att förebygga och bota sjukdomen. Detta har varit en utmaning förrän nyligen eftersom vi inte visste vad som orsakade typ 1-diabetes.

Vårt mål är att kartlägga de unika typerna av celler, vilka proteiner de producerar och vilka gener som slås på och bygga en virtuell tredimensionell modell av varje organ. Denna karta kommer att informera forskningen av många sjukdomar, inklusive typ 1-diabetes.

Varför förstår orsakerna till typ 1 diabetes?

Vi vet att typ 1-diabetes är en så kallad "autoimmun sjukdom". I typ 1-diabetes anses immunceller som kallas "T-lymfocyter" att förstöra pankreatiska beta-celler som ansvarar för att producera insulin som reglerar nivån på socker i vårt blod.

För drygt tio år sedan, frustrerad av oförmågan att förebygga och bota sjukdomen, började jag ett initiativ för att samla mänskliga pankreaser från organdonorer med typ 1-diabetes såväl som de som inte hade sjukdomen. Den senare gruppen uppsamlades för att ge en förståelse för en "normal" hälsosam pankreas. Hittills har vi samlat bukspottkörteln från över 500 individer. Vi har distribuerat dessa vävnader till cirka 230 projekt i 21 länder runt om i världen. Resultaten av denna ansträngning har lett till nya upptäckter som har skrivit om vår förståelse för hur denna sjukdom utvecklas.

Patienter som diagnostiserats med diabetes typ 1, cirka 25 000 per år i USA ensam, står inför ett livslångt beroende av dagliga insulininjektioner för att överleva och har stor risk att utveckla långsiktiga medicinska komplikationer inklusive blindhet, njursjukdom, domningar i benen, benen amputationer och kardiovaskulär sjukdom. Idag uppskattas att nästan 1,25 miljoner människor i USA lever med denna sjukdom.

Som störande eftersom dessa komplikationer är för individer med sjukdomen, kanske ännu mer skrämmande är de många dagliga livsstilsfaktorer som måste kontrolleras eller redovisas för att hålla sjukdomen i kontroll: övervakning av kolhydrater, uppskattning av övning, utvärdering av blodsockernivåer och administrering av insulin för att undvika både höga och låga blodsockernivåer. Dessa representerar bara några av de dagliga sjukdomsrelaterade utmaningarna.

Av dessa skäl har målet med våra kollektiva forskningsinsatser vid UF Diabetes Institute alltid varit att förstå vad som orsakar denna sjukdom. Att veta det skulle göra det möjligt för oss att förutsäga vem som är i fara, identifiera sätt att förebygga sjukdomsframsteg och utveckla en läkande terapi.

Varför studera dessa organ?

Typ 1-diabetes är bara en av mer än 80 kända autoimmuna sjukdomar som av okänd anledning är immunförsvaret mot sig själv. Utöver autoimmunitet är immunsvar också en viktig del av hälsan när det gäller att bekämpa cancer och infektionssjukdomar. Från vår erfarenhet, som studerar bukspottkörteln och typ 1-diabetes ser vi stora steg i att förstå rollen för immunitet i var och en av dessa inställningar genom kartläggning. Det kommer att möjliggöra ett djupt dyk av hur immunsystemet fungerar.

I en frisk individ blir T-celler endast aktiva när de svarar på infektion eller cancerceller. Men hos dem som är utsatta för autoimmun sjukdom kan vissa T-celler felaktigt aktiveras av "själv" proteiner, vilket leder dem till att förstöra frisk vävnad.

Under andra omständigheter - som cancer eller infektionssjukdomar - immunsystemet misslyckas med att ge ett tillräckligt robust svar för att vara effektivt. Eller celler i immunsystemet prolifererar okontrollerbart, vilket leder till blod och lymfatiska cancerformer som lymfom och leukemi. Det är därför tymus, milt och lymfkörtel är vävnader av intresse för dem som studerar det friska humana immunsystemet. Forskare behöver förstå den sunda baslinjen för alla dessa organ så att vi kan känna igen när saker börjar funktionsfel och förändras, vilket leder till autoimmun sjukdom, cancer och infektionssjukdom. Uttryckt på ett annat sätt måste vi först förstå vad som utgör det normala lymfsystemet under hela den mänskliga livslängden.

Varför definierar normalt viktigt?

Du kanske undrar var exakt vi får dessa normala celler. Som vi har gjort under de senaste 11 åren kommer vi att få transplantat mänskliga vävnader från överlämnade organdonorer via organupphandling organisationer, efter att en familjemedlem eller juridisk exekutör ger informerat samtycke. Givet vid en tid av roende, dessa värdefulla anatomiska presenter, som i fallet med mjälte, tymus och lymfkörteln inte är användbara för livräddande transplantationsförfaranden, ger en inimitable resurs för vetenskaplig undersökning och upptäckt.

Endast vävnader som anses "normala" - opåverkade av kända eller observerbara patologier - kommer att ingå i dessa initiala studier. Vi kommer att samla in vävnader från givare som spänner från spädbarn till vuxna upp till 70 år. Vi hoppas att detta kommer att ge insikter om hur ålder ändrar typerna och hälsan hos alla celler i varje organ.

Vid UF Diabetes Institute, ett multidisciplinärt team inklusive cellulära och molekylära biologer, kommer hematopatologer som studerar kliniska lymfatiska prover, biomedicinska ingenjörer, immunologer och många andra att samarbeta för HuBMAP-programmet. Faktum är att UF-vävnadsbildningscentralen kommer att samarbeta i stor utsträckning med ett globalt nätverk av experter inom avancerad mikroskopi och datainsamling.

Vi etablerar en bildrörledning för att upptäcka dussintals protein- och RNA-molekyler som kännetecknar nerv, blodkärl, den stödjande vävnaden som kallas stroma och immunceller från skivor av vävnad, med åtta olika former av mikroskopi.

Inom HuBMAPs första två år planerar vi att kartlägga milten, tymus och lymfkörteln från 11 organdonatorer.

Vi förväntar oss att de resulterande data kommer att avslöja nya celltyper, molekylära och cellulära strukturer, cellcellsinteraktioner och deras funktionella konsekvenser inom mänsklig anatomi och fysiologi. Därför förväntas det högupplösta tredimensionella Human BioMolecular Atlas Programmet underlätta upptäckten.

När jag slår mitt sena 50-talet i livet, ökar antalet kollegor, vänner och familjemedlemmar som påverkas av sjukdom årligen. Jag blev också nyligen en farfar. Jag skulle vilja tänka vad vi föreslår att göra kommer att få en dramatisk inverkan på människors hälsa för både nuvarande och kommande generationer. Det skulle vara en äldre gåva.

Denna artikel publicerades ursprungligen på The Conversation av Mark Atkinson. Läs den ursprungliga artikeln här.