2003-9-17 2:56:00

骨髓干细胞可以成为胰腺细胞的来源

In  a  finding  that  may  open  a  new  avenue  to  treating  diabetes,  researchers  show  that  cells  from  the  bone  marrow  give  rise  to  insulin-producing  cells  in  the  pancreas  of  mice.  These  morphed  cells  actually  produce  the  hormone  insulin  in  response  to  glucose  and  display  other  characteristics  demonstrating  that  they  truly  function  as  pancreas  cells,  according  to  a  new  study  by  researchers  from  NYU  School  of  Medicine.  

The  study  is  published  in  the  March  14  issue  of  the  Journal  of  Clinical  Investigation.  The  researchers  caution  that  the  findings  cannot  be  applied  to  treating  diabetics  now,  but  may  one  day  provide  a  means  to  produce  unlimited  quantities  of  functional  insulin-producing  cells  culled  from  the  bone  marrow  of  diabetes  patients.  Since  patients  would  produce  their  own  cells  for  transplantation,  it  is  possible  that  the  cells  would  not  be  rejected  by  their  immune  system.

"Clearly  much  work  remains  to  be  done,"  says  Mehboob  A.  Hussain,  M.D.,  Assistant  Professor  of  Medicine  and  Pharmacology,  who  led  the  study.  "But  I  am  absolutely  excited  by  the  potential  applications  of  our  findings,"  he  says.  "In  our  body,  there  is  an  additional,  easily  accessible  source  of  cells  that  are  capable  of  becoming  insulin-producing  pancreatic  endocrine  cells.  Transplantation  of  bone  marrow  stem  cells  already  is  a  routine  procedure  for  treating  cancer  and  other  diseases,  and  we  could  build  on  that  experience."  

Dr.  Hussain's  study  is  described  as  "elegant"  in  an  accompanying  editorial  by  Drs.  Vivian  Lee  and  Markus  Stoffel,  two  diabetes  researchers  from  The  Rockefeller  University,  published  in  the  same  issue  of  the  journal.  Dr.  Hussain  used  a  molecular  biology  technique  called  "CRE-loxP"  that  allowed  him  to  identify  and  isolate  bone  marrow  derived  cells  and  to  study  them  more  closely  than  had  previously  been  possible.  

One  of  the  longstanding  goals  of  diabetes  research  is  to  find  a  way  to  replace  the  insulin-producing  cells  in  the  pancreas  that  are  damaged  or  destroyed  in  some  forms  of  diabetes.  These  cells  are  called  beta  cells  and  they  are  found  in  cell  groups  called  islets  of  Langerhans  in  the  pancreas.  In  recent  years  doctors  have  reported  that  they  successfully  transplanted  pancreatic  islets  from  cadavers  into  some  severely  ill  diabetics,  most  of  whom  were  subsequently  freed  from  daily  insulin  shots.  Insulin  regulates  blood  sugar  levels.  Immunosuppressive  drugs  were  required  to  prevent  rejection  of  the  transplants.  

However,  the  supply  of  islets  from  cadavers  is  extremely  limited,  so  medical  researchers  are  looking  elsewhere.  Several  research  groups  have  reported  that  embryonic  stem  cells  and  cells  found  in  the  pancreas  (other  than  beta  cells)  could  be  converted  into  insulin-producing  cells,  but  until  now  no  one  had  specifically  explored  the  bone  marrow  as  a  source  of  beta  cells.  (The  bone  marrow  normally  replenishes  blood  cells  and  in  recent  years  researchers  have  shown  that  stem  cells  from  the  marrow  can  become  cells  of  other  organs.)  

The  CRE-loxP  system  is  a  sort  of  DNA  editing  technique  that  molecular  biologists  widely  employ  to  engineer  genes.  In  the  new  study,  Dr.  Hussain  used  the  system  to  ingeniously  create  male  mice  with  bone  marrow  cells  that  produce  a  protein  called  enhanced  green  fluorescent  protein  (EGFP)  only  in  the  presence  of  activated  insulin  genes,  which  are  typically  found  in  pancreatic  beta  cells.  EGFP  imparts  a  green  glow  to  cells,  which  makes  it  easy  to  identify  them.  He  then  transplanted  the  bone  marrow  from  these  males  into  female  mice  whose  bone  marrow  had  been  destroyed  by  radiation.

After  four  to  six  weeks,  Dr.  Hussain  detected  a  small  number  of  the  glowing  green  cells  in  the  pancreatic  islets  of  Langerhans  of  the  female  mice.  Further  analysis  showed  that  these  cells  came  from  the  bone  marrow  and  functioned  as  the  insulin-producing  beta  cells.  These  cells  all  contained  the  Y  chromosome,  which  could  only  have  come  from  the  male  donor.  The  cells  also  secreted  insulin  in  response  to  glucose,  one  of  the  signatures  of  pancreatic  beta  cells,  and  exhibited  electrical  activity  and  other  properties  of  beta  cells.  

Moreover,  a  second  set  of  experiments  showed  that  these  bone  marrow  derived  cells  were  unlikely  to  be  a  result  of  cells  fusing  together.  Some  researchers  have  suggested  that  the  conversion  of  stem  cells  into  differentiated  tissue  is  not  real,  but  is  due  to  artifacts  of  experimental  design  produced  by  the  fusion  of  Y  chromosome-bearing  cells  with  host  cells  already  present  in  the  tissue.  However,  in  the  second  set  of  experiments,  Dr.  Hussain  used  the  CRE-loxP  system  to  demonstrate  that  transplanted  Y-chromosome  bone  marrow  stem  cells  are  not  fusing  with  pancreas  cells  in  female  recipient  mice.  

Despite  the  promising  results,  there  are  caveats  to  the  study.  Only  1.7  to  3  percent  of  beta  cells  in  the  pancreas  of  the  female  mice  came  from  transformed  bone-marrow  stem  cells,  a  small  number,  and  it  isn't  known  which  subpopulation  of  stem  cells  in  the  bone  marrow  are  the  actual  source  of  insulin-producing  cells.  Furthermore,  it  isn't  known  what  happens  in  diabetic  mice  after  bone  marrow  transplantation.  Dr.  Hussain  has  proceeded  with  similar  studies  in  diabetic  mice  and  with  experiments  that  could  help  clarify  how  bone  marrow  stem  cells  become  beta  cells  in  the  pancreas.

"Our  study  isn't  the  final  proof,"  says  Dr.  Hussain.  "We  still  need  to  find  out  how  well  these  converted  cells  are  functioning  compared  to  indigenous  beta  cells  in  the  pancreas.  A  lot  more  work  needs  to  be  done.  Nevertheless,  our  study  demonstrates  the  potential  for  using  the  bone  marrow  as  a  source  of  insulin-producing  cells."

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