Différenciation efficace de pluripotentes cellules souches à NKX6-1⁺ pancréatiques progéniteurs

La prévalence du diabète augmente et selon l'Association canadienne du diabète, il est estimé que plus de 11 millions de personnes au Canada sont diabétiques ou prédiabétiques, avec 5-10% de ces personnes ayant le diabète de type 1 (DT1) ^1. DT1 est une maladie auto-immune qui est provoquée par la destruction des cellules ß produisant de l'insuline qui sont situées dans les îlots de Langerhans. Actuellement, les personnes vivant avec le DT1 nécessitent des sources exogènes de l' insuline ^2. Malgré les progrès de la thérapie à l'insuline, les patients DT1 continuent d'avoir un moment difficile la régulation de leurs niveaux de glucose dans le sang et continuent de souffrir à la fois hypo- et hyperglycémie. Une forme prometteuse de traitement pour restaurer normoglycémie dans DT1 est l'utilisation de cellules souches embryonnaires humaines (CSEh), qui pourraient être utilisés pour générer une offre illimitée de cellules productrices d' insuline ß la fois in vivo et in vitro ^3, <sup class = "xref"> ^{4, 5, 6, 7.} Différencier CSEh à ß-like cellules pourraient permettre d'étudier le diabète in vitro, permettant l'identification de nouvelles cibles thérapeutiques pour le diabète de type 2 et de fournir des cellules pour la transplantation chez des patients DT1.

La tentative la plus réussie de générer des cellules productrices d'insuline à partir de cellules hES in vitro est de récapituler les événements embryonnaires qui se produisent au cours du développement du pancréas ^{4, 5.} Cela implique la manipulation des voies de signalisation distinctes pour modéliser avec précision les étapes clés du pancréas en développement. Le développement du pancréas commence par l'induction de l'endoderme définitif, qui est caractérisé par l'expression de CXCR4 et CD117 (c-KIT) , ^{8, 9.} Régulation précise de definitive organisation endoderme est nécessaire pour la formation du tube intestinal, qui subit alors antéro-postérieur à patterning et ventrale-dorsale. Dorsale et ventrale du pancréas bourgeons sortent de la zone de l'intestin antérieur , postérieur , qui exprime le gène à homéoboîte pancréatique et duodénal (Pdx1), qui est nécessaire pour le développement du pancréas ^10. Le fusible dorsale et ventrale pour former les bourgeons du pancréas, qui est ensuite soumis à un remodelage epithelial et d' expansion ^11. Engagement envers le endocrines et exocrines lignée est accompagnée par la production de cellules souches multipotentes (PPM) qui expriment, entre autres, les facteurs de transcription Pdx1, et Nkx6.1 Ptf1a ^{12, 13.} PPMs qui deviendront des cellules endocrines et canalaires continuent d'exprimer Nkx6-1 tout en diminuant l' expression Ptf1a. Contrairement à cela, les cellules de la lignée exocrines vont perdre expression de Nkx6-1 et maintenir l' expression Ptf1a ^12.

Le facteur de transcription Nkx6-1 a un rôle clé dans le développement du pancréas, en particulier au cours de la différenciation des cellules progénitrices endocrines à ß cellules. Comme décrit précédemment, la suppression des résultats Nkx6-1 dans la formation altération des cellules ß du pancréas ¹⁴ au cours du développement. Par conséquent, la génération de cellules bêta productrices d' insuline in vitro et in vivo nécessite l'induction efficace des Nkx6-1.

Nous avons récemment développé un protocole pour générer efficacement Pdx1 ⁺ / NKX6-1 ⁺ progéniteurs pancréatiques de hPSCs. Ces progéniteurs pancréatiques HPSC dérivés génèrent des cellules ß matures sur la transplantation dans des souris immunodéficientes ^3. Le protocole de différenciation peut être divisé en 4 étapes caractéristiques: 1) endoderme définitif induction, 2) foregut postérieure patterning, 3) la spécification du pancréas et 4) induction NKX6-1. Ici, nous fournissons une description détaillée de chaque étape de la différenciation dirigée.