PNAS
Contesto: Le cellule staminali pluripotenti, con la loro capacità replicativa illimitata e il loro potenziale di differenziazione in diversi tipi di cellule, forniscono una piattaforma per lo studio della patogenesi delle malattie umane. Le cellule staminali pluripotenti umane sono state differenziate in cellule β-like con alcune somiglianze funzionali a cellule β mature attraverso una differenziazione graduale che imita lo sviluppo embrionale. Combinato con la tecnologia delle cellule staminali pluripotenti indotte (iPSC), questo apre la possibilità di generare cellule β-specifiche del paziente per la terapia di sostituzione β cellulare autologa o come modello per studiare la patogenesi della malattia. Attualmente, i modelli disponibili presentano molti limiti e lo sviluppo di nuovi modelli si impone come un bisogno importante.
Scopo: Costruire un modello per imitare la nicchia nativa delle cellule β umane nel topo, generando topi con tessuti pancreatici umani nel pancreas mediante trapianto ortotopico di cellule β-like (SC-β cells) nello stadio neonatale.
Metodi e risultati: Cellule pluripotenti umane di origine embrionale (linea HUES8) a differenti stadi di differenziamento sono state iniettate in embrioni di topo in utero a differenti giorni di gestazione senza ottenere un efficiente attecchimento. Come approccio alternativo si è optato nell’iniezione intrapancreatica delle cellule pluripotenti umane di origine embrionale a differenti stadi di differenziamento nel periodo neonatale. I seguenti stadi sono stati testati: stadio di endoderma definitivo positivo per SOX17; precursori pancreatici che esprimono PDX1 (PP1); precursori pancreatici che esprimono PDX1- e NKX6.1; cellule β derivato da cellule staminali positive per C peptide e NKX6.1 (SC-β cells). I topi iniettati con lo stadio più avanzato (SC-β cells) hanno mostrato a 7 settimane di vita elevati livelli di insulina umana circolante. L’analisi approfondita del modello ha dimostrato che nel pancreas era effettivamente quantificabile un numero variabile di cellule umane tra 1 ogni 1,000 a 1 ogni 10,000 cellule di topo, mentre nessun altro organo del topo risultava colonizzato. Le cellule inglobate nel pancreas esprimevano fattori di trascrizione delle cellule β e marcatori associati alla maturità funzionale. Inoltre le cellule umane innestate sono state in grado di reclutare cellule endoteliali di topo, suggerendone l'integrazione funzionale. L'insulina umana è stata rilevata nella circolazione sanguigna dei topi trapiantati per mesi dopo il trapianto e aumentata con la stimolazione del glucosio. Oltre alle cellule β-like, cellule umane che esprimono marcatori per altri tipi di cellule del pancreas endocrino, cellule acinose e cellule duttali pancreatiche sono state identificate nel pancreas dei topi trapiantati, indicando che questo approccio consente di studiare altri tipi di cellule pancreatiche nel pancreas del topo.
Conclusione: I risultati dimostrano che il trapianto ortotopico di cellule SC-β umane in topi neonatali è una piattaforma sperimentale che consente la generazione di cellule β simili al pancreas umano nella nicchia endogena.
Significato: La compromissione autoimmune delle cellule β produttrici di insulina nell’isola pancreatica è alla base della patogenesi del diabete di tipo 1 (T1D). Le cellule β-like differenziate da cellule staminali pluripotenti umane forniscono possibili terapie di sostituzione delle cellule autologhe per i pazienti con T1D e sono state trapiantate in vari siti ectopici nei roditori come modelli terapeutici. Qui, sono state generate cellule β-like pancreatiche xenogeniche umane nel pancreas del topo mediante trapianto ortotopico di cellule β-derivate dalle cellule staminali nel pancreas di topi neonatali. Questo modello di topo può fornire un sistema sperimentale per studiare la biologia e la patogenesi delle cellule β del pancreas umano in vivo.
A cura di Margherita Occhipinti e Lorenzo Piemonti
Ma H, Wert KJ, Shvartsman D, Melton DA, Jaenisch R. Establishment of human pluripotent stem cell-derived pancreatic β-like cells in the mouse pancreas. Proc Natl Acad Sci U S A. 2018 Apr 10;115(15):3924-3929. doi: 10.1073/pnas.1702059115. Epub 2018 Mar 29. PubMed PMID: 29599125; PubMed Central PMCID: PMC5899428
