Quelle est la cause du diabète de type 1? Pourquoi les scientifiques cartographient les cellules pour le savoir

Il y a environ 100 milliards de cellules qui composent le corps humain. Une nouvelle entreprise méga-scientifique cataloguera et mettra en image chacun des 200 types de cellules ou plus des 80 organes connus et identifiera les gènes actifs dans ces cellules.

Ce nouvel effort fait suite au projet du génome humain qui a englouti la biologie au cours des années 1990 et au début des années 2000. Les scientifiques ont maintenant conçu un nouveau défi passionnant: créer une carte cellulaire de tout le corps humain, un projet appelé Programme de l’atlas bio-moléculaire et humain, ou HuBMAP. L'Université de Floride est l'un des cinq centres de cartographie des tissus participants. Ici, au centre UF, nous sommes chargés de cartographier le thymus, les ganglions lymphatiques et la rate - tous des composants clés du système immunitaire.

J'étudie le diabète de type 1, ou diabète juvénile, depuis près de 35 ans et, avec mes autres collègues de l'UF Diabetes Institute, j'essaie de trouver un moyen de prévenir et de guérir la maladie. Cela a été un défi jusqu’à récemment, car nous ne savions pas la cause du diabète de type 1.

Notre objectif en tant que centre de cartographie tissulaire est d'identifier les types uniques de cellules, les protéines qu'elles produisent et les gènes qui sont activés, et de construire un modèle tridimensionnel virtuel de chaque organe. Cette carte renseignera la recherche sur de nombreuses maladies, notamment le diabète de type 1.

Pourquoi est-il important de comprendre les causes du diabète de type 1?

Nous savons que le diabète de type 1 est une soi-disant «maladie auto-immune». On pense que les cellules immunitaires appelées «lymphocytes T» détruisent les cellules bêta du pancréas responsables de la production d'insuline, laquelle régule le taux de sucre. dans notre sang.

Il y a un peu plus de dix ans, frustré par l'incapacité de prévenir et de guérir la maladie, j'ai lancé une initiative visant à recueillir le pancréas humain chez des donneurs d'organes atteints de diabète de type 1 et de personnes non atteintes. Ce dernier groupe a été rassemblé pour fournir une compréhension d’un pancréas «normal» en bonne santé. À ce jour, nous avons recueilli le pancréas de plus de 500 personnes. Nous avons distribué ces tissus à quelque 230 projets dans 21 pays du monde. Les résultats de cet effort ont conduit à de nouvelles découvertes qui ont réécrit notre compréhension du développement de cette maladie.

Les patients diagnostiqués avec un diabète de type 1, environ 25 000 par an rien qu'aux États-Unis, doivent faire face à une dépendance à vie d'injections quotidiennes d'insuline afin de survivre et courent un risque élevé de développer des complications médicales à long terme, notamment la cécité, les maladies rénales, les pieds engourdis, les membres amputations et maladies cardiovasculaires. Aujourd'hui, on estime que près de 1,25 million de personnes aux États-Unis vivent avec ce trouble.

Bien que ces complications soient troublantes pour les personnes atteintes de la maladie, les nombreux facteurs quotidiens du mode de vie qui doivent être contrôlés ou contrôlés pour maîtriser la maladie sont peut-être encore plus déconcertants: surveillance des glucides, estimation de l'exercice, évaluation de la glycémie et administration d'insuline. pour éviter les taux de glycémie élevés et faibles. Celles-ci ne représentent que quelques-uns des défis quotidiens associés aux maladies.

Pour ces raisons, l'objectif de nos efforts de recherche collectifs à l'UF Diabetes Institute a toujours été de comprendre la cause de cette maladie. Sachant cela, nous pourrions prédire qui est à risque, trouver des moyens de prévenir la progression de la maladie et mettre au point un traitement curatif.

Pourquoi étudier ces organes?

Le diabète de type 1 n’est que l’une des 80 maladies auto-immunes connues pour lesquelles, pour des raisons inconnues, le système immunitaire se retourne contre lui-même. Au-delà de l'auto-immunité, les réponses immunitaires sont également un élément essentiel de la santé pour lutter contre le cancer et les maladies infectieuses. D'après notre expérience, qui étudie le pancréas et le diabète de type 1, nous voyons de grands progrès dans la compréhension du rôle de l'immunité dans chacun de ces contextes grâce à la cartographie. Cela permettra de mieux comprendre le fonctionnement du système immunitaire.

Chez un individu en bonne santé, les cellules T ne deviennent actives que lorsqu'elles réagissent à une infection ou à des cellules cancéreuses. Mais chez les personnes prédisposées aux maladies auto-immunes, certains lymphocytes T peuvent être activés par erreur par des protéines «auto», les amenant à détruire des tissus sains.

Dans d'autres circonstances, comme le cancer ou les maladies infectieuses, le système immunitaire ne parvient pas à fournir une réponse suffisamment robuste pour être efficace. Ou les cellules du système immunitaire prolifèrent de manière incontrôlable, entraînant des cancers du sang et lymphatiques tels que le lymphome et la leucémie. C'est pourquoi le thymus, la rate et les ganglions lymphatiques sont des tissus d'intérêt pour ceux qui étudient le système immunitaire humain sain. Les chercheurs doivent comprendre la base de référence pour la santé de tous ces organes afin que nous puissions reconnaître le début du dysfonctionnement et des changements, entraînant des maladies auto-immunes, le cancer et des maladies infectieuses. En d'autres termes, nous devons d'abord comprendre en quoi consiste le système lymphatique normal tout au long de la vie.

Pourquoi la définition de normal est-elle importante?

Vous pourriez vous demander où exactement nous obtenons ces cellules normales. Comme nous l'avons fait au cours des 11 dernières années, nous obtiendrons des tissus humains de qualité transplantation auprès de donneurs d'organes décédés par l'intermédiaire d'organismes d'approvisionnement en organes, après qu'un membre de la famille ou un exécuteur légal ait donné son consentement éclairé. Offerts à un moment de deuil, ces précieux dons anatomiques, qui dans le cas de la rate, du thymus et du ganglion lymphatique ne sont pas utilisables pour les procédures de transplantation permettant de sauver des vies, constituent une ressource inimitable pour la recherche et la découverte scientifiques.

Seuls les tissus considérés comme «normaux» - non affectés par des pathologies connues ou observables - seront inclus dans ces études initiales. Nous allons collecter des tissus provenant de donneurs allant du nourrisson à l’adulte jusqu’à 70 ans. Nous espérons que cela fournira des indications sur la façon dont l'âge modifie les types et la santé de toutes les cellules de chaque organe.

À l'UF Diabetes Institute, une équipe multidisciplinaire comprenant des biologistes cellulaires et moléculaires, des hématopathologistes qui étudient des échantillons lymphatiques cliniques, des ingénieurs biomédicaux, des immunologistes et de nombreux autres collaborera dans le cadre du programme HuBMAP. En effet, le centre de cartographie des tissus UF collaborera étroitement avec un réseau mondial d'experts en microscopie de pointe et en collecte de données.

Nous sommes en train d'établir un pipeline d'imagerie pour détecter des dizaines de molécules de protéines et d'ARN qui caractérisent les nerfs, les vaisseaux sanguins, le tissu de soutien appelé stroma et les cellules immunitaires à partir de tranches de tissu, en utilisant huit formes différentes de microscopie.

Au cours des deux premières années de HuBMAP, nous prévoyons de cartographier la rate, le thymus et les ganglions lymphatiques de 11 donneurs d’organes.

Nous nous attendons à ce que les données obtenues révèlent de nouveaux types de cellules, des structures moléculaires et cellulaires, des interactions cellule-cellule et leurs implications fonctionnelles dans l'anatomie et la physiologie humaines. Par conséquent, le programme en trois dimensions de l’atlas biomoléculaire humain à haute résolution devrait faciliter la découverte.

À l'âge de 50 ans, le nombre de collègues, d'amis et de membres de la famille touchés par la maladie augmente chaque année. Je suis aussi récemment devenu un grand-père. J'aimerais penser que ce que nous proposons aura un impact dramatique sur la santé humaine pour les générations actuelles et futures. Ce serait un cadeau d'héritage.

Cet article a été publié à l'origine sur The Conversation par Mark Atkinson. Lisez l'article original ici.