Aunque no siempre se manifiestan de manera temprana, síntomas como orinar con frecuencia, tener visión borrosa o fatiga pueden ser señales de diabetes. Una investigación sugiere que la pérdida de células beta del páncreas con alta expresión del antígeno CD63 se relacionaría con esta enfermedad crónica, información que resulta esencial para el desarrollo de tratamientos más específicos.

El estudio pionero, liderado por la Universidad Nacional de Colombia (UNAL) con otras universidades del país y de Estados Unidos y España, se centró en investigar el marcador molecular conocido como CD63, que se halló en ciertas poblaciones de células beta del páncreas, las cuales tienen mayor metabolismo de la glucosa y mayor secreción de insulina.

El páncreas, órgano cuya forma es similar a la de un pez, es importante en el proceso de metabolizar los alimentos. Cuando funciona correctamente produce insulina en respuesta a los niveles de azúcar en la sangre, y esto ayuda a mantener la glucosa dentro de un rango saludable.

Para identificar estas poblaciones celulares, los investigadores aplicaron técnicas avanzadas de secuenciación de ARN de una célula (single-cell sequencing) y microscopía con inmunomarcación; así, encontraron que las células beta que expresaban altos niveles de CD63 producían más insulina que aquellas con bajos niveles de este marcador.

Nathalia Montoya Oviedo, médica cirujana de la UNAL y coautora del estudio, explica que “el equipo de investigadores llegó a la conclusión de que dentro de las células beta existen subpoblaciones, y que una subpoblación de células beta con alta expresión de CD63 podría detener el desarrollo de la diabetes”.

En el estudio se usó un modelo murino, en el que a los ratones se les suministró una dieta específica que inducía la obesidad, junto con mutaciones genéticas que los hacían propensos a desarrollar diabetes. Luego se tomaron y aislaron las células beta del páncreas, y mediante una técnica de inmunofluorescencia se identificaron aquellas que producían insulina.

“Esto implicaba el uso de anticuerpos que se unen específicamente a la insulina y emiten fluorescencia cuando se encuentran con ella. Las células que emitían fluorescencia indicaban la presencia de insulina y del marcador CD63”, especifica la investigadora.

Como parte del proceso se utilizó una técnica vanguardista de conteo de células que les permitió a los investigadores cuantificar con precisión las células beta que expresaban CD63 en mayor y en menor cantidad, y en un tiempo más corto.

El aporte a la salud global

Aunque con frecuencia muchas investigaciones buscan comprender las complejidades que conlleva la diabetes para desarrollar terapias más efectivas, conocer la existencia de subpoblaciones de células beta del páncreas e identificar los factores metabólicos que influyen tanto en la secreción de insulina como en la tolerancia a radicales libres, e incluso el tiempo de vida de estas células, permitirá conocer mejor esta enfermedad que se caracteriza por niveles elevados de glucosa en la sangre.

Esta investigación fue publicada en la reconocida revista Nature Cell Biology, con un factor de impacto de 21,3, que indica su nivel de importancia mundial al aportar información que se puede emplear para desarrollar tratamientos contra la diabetes.

La médica Montoya sustenta que “esta investigación tiene el potencial de impactar positivamente en la atención médica en Colombia y en todo el mundo. Si se puede entender mejor la función de estas poblaciones celulares y cómo se ven afectadas en las etapas tempranas de la diabetes, se pueden desarrollar terapias más efectivas y personalizadas”.

En el estudio participaron investigadores del Laboratorio del Dr. James C. Lo, en el centro médico Weill Cornell Medicine de Nueva York, y del semillero “Hormonas, división de lípidos y diabetes”, del Departamento de Ciencias Fisiológicas de la Facultad de Medicina de la UNAL.

Referencia

Rubio-Navarro, A., Gómez-Banoy, N., Stoll, L. et al. A beta cell subset with enhanced insulin secretion and glucose metabolism is reduced in type 2 diabetes. Nat Cell Biol 25, 565–578 (2023). https://doi.org/10.1038/s41556-023-01103-1

22/09/2023

Fuente: (Dicyt)  Tomado  de  Salud | Colombia          © 2023 Fundación 3CIN

El estudio, en el que la UGR ha colaborado con la Universidad de Cornell y otras instituciones como Harvard, UC Davis, la Universidad de Pensilvania (Estados Unidos) y la Universidad Nacional de Colombia, y publicado en la revista ‘Nature Cell Biology’, sugiere que la pérdida de un solo tipo de célula beta pancreática con alta capacidad productiva de insulina podría ser un factor contribuyente en el desarrollo de esta enfermedad.

Las células beta del páncreas son las responsables de sintetizar y secretar insulina, la hormona que controla los niveles de glucosa en sangre. Los investigadores han utilizado la técnica de transcriptómica de célula única (scRNA-Seq) para evaluar la expresión génica en células beta a nivel individual, permitiendo el estudio de subpoblaciones celulares y su importancia en el desarrollo de la diabetes.

El estudio reveló que un subtipo de células beta con una alta expresión de genes involucrados, tanto en el metabolismo del azúcar como en la secreción de insulina, está reducido en ratones y pacientes con diabetes tipo 2.

Además, se determinó que este subtipo poseía una alta expresión del gen CD63, permitiendo usar esta proteína como un marcador para aislar este tipo específico de célula beta. El trasplante de células beta con alta expresión de CD63 en ratones con diabetes restauró sus niveles de azúcar en sangre a niveles normales. Pero, al quitar las células trasplantadas, los ratones volvieron a mostrar niveles altos de azúcar en sangre. Por otro lado, el trasplante de células beta con baja expresión de CD63 no restauró los niveles de azúcar en sangre.

El estudio incluye un metanálisis que analiza diferentes estudios realizados en humanos, realizado en colaboración con investigadores de UC Davis, en el que confirmaron sus hallazgos.

Los hallazgos de este estudio sugieren que los tratamientos dirigidos a la preservación o el aumento de la frecuencia de este tipo de células beta con alta producción de insulina podrían mejorar la atención de los pacientes con diabetes tipo 2. En este sentido, los investigadores también demostraron que los agonistas de GLP-1, medicamentos que pueden ayudar a bajar de peso y disminuir de la glucosa en la sangre, mejoraron la función de las células beta con baja actividad metabólica y expresión de CD63.

El primer firmante del artículo, Alfonso Rubio, indica que ‘el uso de técnicas de célula única permitió caracterizar y determinar cambios en las diferentes subpoblaciones de célula beta generados durante la aparición de la diabetes tipo 2′. Además, añade que ‘este estudio abre una puerta a nuevos tratamientos anti-diabéticos basados en conservar o trasplantar este subtipo de célula beta con elevada actividad metabólica’.

Referencia

Rubio-Navarro A, Gómez-Banoy N,   Stoll L, Dündar F, Mawla AM,    Ma  L, et al. A beta cell subset with enhanced insulin secretion and glucose metabolism is reduced in type 2 diabetes. Nat Cell Biol 25, 565–578 (2023). https://doi.org/10.1038/s41556-023-01103-1

https://www.nature.com/articles/s41556-023-01103

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Los investigadores tomaron muestras de este tejido de ratones y produjeron con él “mini órganos”, o «mini estómagos» que producen insulina al ser trasplantados a los animales. Las células madre de los miniórganos siguen también reponiendo la población de células productoras de insulina, dando al tejido un impulso regenerador sostenible.

A fin de encontrar el tejido corporal más susceptible de ser reprogramado para la producción de insulina, los científicos modificaron genéticamente unos ratones para que expresaran tres genes que pueden convertir a otros tipos de célula en células beta.

El equipo de Qiao Zhou, del Departamento de Células Madre y Biología Regeneradora de la Universidad Harvard en Cambridge, Massachusetts, Estados Unidos, lo revisó todo, desde la nariz hasta la cola del ratón. Y descubrió, para su sorpresa, que algunas de las células en la región del píloro del estómago son las más susceptibles de convertirse en células beta. Este tejido parece ser el mejor material de partida.

La región del píloro conecta el estómago con el intestino delgado. Cuando fueron reprogramadas, las células en esta área fueron las más receptivas ante niveles altos de glucosa, produciendo insulina con el fin de intentar normalizar el contenido de azúcar en sangre del ratón. Para probar la eficacia de las células, los investigadores destruyeron las células beta pancreáticas de los ratones, forzando a sus cuerpos a depender solo de las células estomacales alteradas. Los animales sin tejido reprogramado murieron en el plazo de ocho semanas. En cambio, los ratones con células reprogramadas mantuvieron los niveles adecuados de insulina y glucosa en su sangre durante todo el tiempo que se hizo el seguimiento de los animales, hasta seis meses.

El tejido pilórico tiene otra ventaja: sus células madre renuevan de forma natural y regular el tejido. Cuando se destruyó experimentalmente el primer grupo de células reprogramadas, las células madre de la región renovaron la población celular productora de insulina.

Un problema principal de la diabetes es la pérdida constante de células beta, de modo que lograr que la población de estas células se renueve por sí misma con nuevas células reemplazando a las muertas, promete cambiarle la vida a las personas con problemas de esta clase, siempre y cuando, como en otros avances médicos experimentales, se cumplan las expectativas de esta terapia en investigaciones posteriores y se garantice que no causa efectos secundarios peligrosos.

Los resultados aparecen publicados en la revista Science

febrero 27/ 2016. (noticias de la ciencia)

Científicos de la Johns Hopkins informaron del desarrollo de una mejor y más exacta forma de monitorizar el uso de fármacos, la cual utilizaron para identificar 24 fármacos candidatos que aumentan el número de células productoras de insulina en el páncreas.

La nueva técnica de pez embrionario podría ayudar a producir nuevos tratamientos para la diabetes y potenciará la velocidad del descubrimiento de nuevos fármacos para otras enfermedades. Estos hallazgos se publicaron en «eLife«.

Jeffrey Mumm, profesor asociado del Instituto Johns Hopkins Wilmer Eye y del Insituto McKusick-Nathans de Medicina Genética de la Facultad de Medicina de la Universidad Johns Hopkins considera que aunque «son necesarios más estudios», el potencial de esta nueva técnica no tiene límite y que podría ser aplicada a otros trabajos.

Adaptación de la HTS
Según dice Mumm, su método es una adaptación de la selección de alto rendimiento (HTS), un sistema automatizado desarrollado en los años 80 que usa equipamiento robótico para dosificar células o muestras de tejido para fármacos candidatos en los laboratorios, en las microplacas. Las placas actúan como miniaturas de tubos de ensayo y permiten, a ordenadores especialmente programados, encontrar compuestos químicos que produzcan un efecto deseado, como la estimulación de células para producir proteínas particulares o aumentarlas en número. Estas microplacas contienen cientos de huecos y el proceso completo es automatizado, decenas de miles de muestras pueden ser procesadas diariamente, aumentando las oportunidades de encontrar el éxito rápidamente.

Desaforatunadamente la mayoría de los descubrimientos pasados que se habían basado en la técnica del HTS no habían probado efectividad cuando se probaron en animales completos. En un esfuerzo por adaptar el HTS al conjunto de selección animal un equipo dirigido por Mumm y por Michael Parsons, profesor asociado de cirugía de la Facultad de Medicina de la Universidad Johns Hopkins, volvió a los embriones de pez cebra. La utilización de este animal es importante por ser transparente, haciendo fácil la observación y la experimentación, y por compartir un gran número de genes con los humanos.

Los investigadores criaron peces cebra cuyas células pancreáticas que producen insulina brillaban en amarillo y otras, no responsables de la producción de insulina, lo hacían en rojo. En estos individuos se probaron miles de compuestos de la farmacia de la Universidad. Además cada compuesto fue monitorizado en seis concentraciones diferentes y así disminuir los falsos negativos, acercando el éxito. Los ordenadores monitorizaron los efectos en los embriones valorando las diferencias en la cantidad de brillo amarillo, lo que significaba un aumento en el número de células beta.

Nuevas vías
Tras esta experimentación con más de 500 000 embriones de pez cebra, los investigadores identificaron 24 compuestos que aumentaron el número de células beta pancreáticas, confirmó Mumm. Además les permitió descubrir nuevas vías relacionadas con el desarrollo de las células beta como la implicación de la serotonina. Estos descubrimientos podrían llevar a incrementar el número de células beta en las personas y a aumentar la velocidad en el descubrimiento de fármacos para una variedad de situaciones médicas.
agosto 24/2015 (Diario Médico)

La pérdida de células ha sido la causa conocida de la diabetes tipo 1, en la que el sistema inmunitario equivocadamente ataca y destruye las células beta. En los últimos años, los investigadores han concluido que la deficiencia del funcionamiento de las células beta también contribuye a la diabetes tipo 2. Por ello, el desarrollo de medicamentos que puedan incrementar el número de células beta sanas es la prioridad en la investigación de la diabetes.

Durante años el equipo de investigadores desentrañó los genes y señaló las enfermedades que conducen a la multiplicación de células beta, y confirmaron la propuesta de un abordaje con terapia génica. Conforme al último estudio, se cree que una enzima particular, DYRK1A (dual specificity tyrosine-regulated kinase-1a) es el objetivo de la harmina. Con este descubrimiento, la enzima, conocida en los estudios anteriores por llevar a la división celular de otros tipos de células, se convierte en el objetivo del desarrollo de medicamentos.

Los investigadores diseñaron un sensor que se ilumina cuando algún componente activa el fragmento de ADN promotor responsable de activar el gen c-myc. De entre los más de 10 000 componentes analizados por un sistema robótico de alta velocidad, la harmina es la causante del 86 % de la luminosidad más brillante, y fue la única que causaba la proliferación de células beta. Aunque estudios previos parecían concluir la imposibilidad de usar esta sustancia por causar la muerte celular, el último descubrimiento concluye que la harmina solo causa un aumento de los niveles de c-myc y no la muerte de células beta.
El estudio ahora se centra en realizar cambios en la harmina y sus semejantes para encontrar un medicamento cuyo objetivo sean solo las células beta.
marzo 11/2015 (Diario Médico)

Sin embargo, a pesar de que con la insulina se puede controlar la enfermedad, no existe cura y, con los años, la diabetes puede acabar acarreando complicaciones serias: problemas oculares, úlceras e infecciones en las extremidades, presión arterial y colesterol altos, o problemas renales.

En su laboratorio del Centro Nacional de Biotecnología del CSIC, el grupo de investigación dirigido por Mario Mellado ha identificado una manera que evita que el sistema inmune ataque a las células del páncreas.

Empleando un modelo murino de la enfermedad, los resultados que han obtenido parecen bastante prometedores: la hormona del crecimiento, usada por los médicos desde los años 50 del siglo pasado para tratar de su deficiencia a niños y adolescentes, retrasa el desarrollo de la diabetes de tipo 1.

En colaboración con científicos de la Universidad Complutense, han demostrado que la hormona de crecimiento favorece la proliferación de los islotes pancreáticos, protege su integridad y tiene efectos sobre el sistema inmunológico, favoreciendo la presencia de macrófagos antiinflamatorios y, entre otras cosas, mantiene la actividad de la población de linfocitos T encargada de reducir la respuesta inmune (células T reguladoras).

Como acaban de publicar en la revista PNAS (doi: 10.1073/pnas.1314985110), el estudio remarca la importancia del control endocrino de las funciones asociadas al sistema inmunológico y sugiere que terapias basadas en análogos de la hormona de crecimiento podrían ser útiles en le tratamiento de la diabetes autoinmune.
enero 30/2014 (SINC)

Villares R, Kakabadse D, Juarranz Y, Gomariz RP, Martínez-A C, Mellado M. Growth hormone prevents the development of autoimmune diabetes. Proc Natl Acad Sci USA. 110(48): E4619-E4627.26 Nov 2014