Dierproeven

BETA CELL NEOGENESIS LAB

Onderzoek in BENE wil een bijdrage leveren tot de ontwikkeling van innovatieve therapieën voor diabetespatiënten die lijden aan een tekort in functionele betacellen. Om de uiterst ingewikkelde mechanismen van betacel aanmaak, overleving en functie te bestuderen ontwikkelden we verschillende experimentele muismodellen.

Partiële ductligatie. 

Partiële ductligatie veroorzaakt ernstige weefselschade aan de pancreas en stimuleert een significante stijging van het betacel volume. Wij ontdekten dat deze fenomenen het gevolg zijn van zowel activatie van betacel-voorlopercellen als deling van reeds bestaande en nieuwgevormde betacellen. Verder onderzoek van deze voorlopercellen kan ons leiden tot de ontdekking van voorlopercellen in humane pancreas en van signalen die de aanmaak van betacellen activeren en onderhouden en zou de basis kunnen zijn voor ontwikkeling van nieuwe antidiabetica. De complexiteit van de micro-omgeving in de beschadigde pancreas verhindert ons om dit model na te bootsen in vitro. 

Conditionele ablatie van bloedvaten nabij betacellen.  

Betacellen communiceren intensief met elkaar maar ook met de cellen in hun micro-omgeving. Als we de signalen die door de micro-omgeving worden voorzien en die toelaten dat betacellen delen, overleven en efficiënt functioneren, kennen dan kunnen we deze processen controleren. We bezitten transgene muizen waarin de signaaltransductie tussen betacellen en endotheelcellen via Vascular Endothelial Growth Factor (VEGF) tijdelijk kan worden onderbroken. Met behulp van deze muizen heeft onze onderzoeksgroep aangetoond dat de invloed van het wegnemen van endotheelcellen rond de betacellen veel kleiner is dan algemeen werd verwacht. Nog meer onverwacht is dat betacellen beginnen te delen als we de endotheelcellen terug laten tevoorschijn komen. We kunnen dus de micro-omgeving aanpassen onder invloed van de endotheelcellen en hierdoor de betacelmassa vergroten, een finaliteit in diabetestherapie. De uitdaging is om het mechanisme achter deze ontdekking in detail te begrijpen en te vertalen in een veilige therapie. Om deze doelstelling te bekomen proberen we momenteel in parallel met de studies in muis dit model ook in vitro na te bootsen. 

Rol van ijzer in beta cell maturatie  

Betacellen, in tegenstelling tot andere endocriene eiland cellen (alfa- en deltacellen), vertonen een hoge expressie van de transferrine-receptor (TFRC), een receptor die de cellulaire ijzeropname vanuit transferrine mogelijk maakt. Waarom dit zo is en of dit van belang is voor de biologie van de betacel is niet geweten. Dit project in de BENE onderzoeksgroep heeft als doel om de rol van ijzer in de betacel differentiatie, maturatie en functie te ontrafelen. Met behulp van wild type muizen worden veranderingen in het ijzermetabolisme van endocriene eilandcellen gekarakteriseerd en wordt er nagaan of deze veranderingen verband houden met metabole en signalisatie veranderingen, belangrijk voor betacel maturatie. Door gebruik te maken van transgene muizen die specifiek deficiënt zijn gemaakt voor het Tfrc gen in betacellen, wordt er onderzocht hoe ijzertekort de ontwikkeling van betacellen beïnvloedt. Dit werk zal ons meer inzicht in de pathofysiologie van diabetes geven door nieuwe complexiteiten in de betacelontwikkeling bloot te leggen om daartoe hopelijk bij te dragen aan een cel-gebaseerde curatieve behandeling, dit door innovatievere protocollen te optimaliseren voor de differentiatie van stamcel-afgeleide betacellen. Een volgende stap is om deze biologische kennis te extrapoleren naar humane in vitro modellen.  

VEGF-A mRNA transfectie voor transplantatie van eilandjes van Langerhans

Diabetes mellitus is een pandemie die tot dusverre voor bijna alle patiënten ongeneeslijk blijft. Transplantatie van donor humane eilandjes levert evenwel overtuigend bewijs dat diabetes genezen kan worden. Helaas verhinderen het tekort aan donoren, verstoorde ent-revascularisatie en de nood aan immunosuppressie om deze curatieve aanpak in de praktijk te brengen. We hebben een nieuwe techniek voor versnelde revascularisatie van donoreilandcellen ontwikkeld via transfectie met mRNA dat codeert voor de angiogene factor Vascular Endothelial Growth Factor A (VEGF-A). We transplanteren zowel eilandjes, geïsoleerd uit muis en mens als eilandcellen die gedifferentieerd zijn uit humane stamcellen in diabete muizen en dit in verschillende transplantatiesites. We onderzoeken de voordelen op vlak van metabolisme, revascularisatie en de differentiatiestatus van de cellen. Preliminaire data hebben reeds aangetoond dat het transplanteren van muiseilandjes getransfecteerd met VEGF-A mRNA de bloedsuikerspiegel van de diabete muizen doet dalen in vergelijking met controles en dat deze enten beter gerevasculariseerd worden. Dankzij dit onderzoek hopen we de uitkomst van de huidige transplantatieprotocols significant te verbeteren en een oplossing te bieden voor het huidige donortekort. Gezien de betacellen in vivo dienen te worden getransplanteerd om de bloedsuiker te normaliseren bestaat er geen in vitro alternatief. Daarentegen worden alle optimalisatie-stappen voor de mRNA transfectie, het nagaan van VEGF-A productie na transfectie alsook de evaluatie van de ‘downstream’ effecten op het transcriptoom van de getransfecteerde betacellen in vitro uitgevoerd.

Sexueel dimorfisme in betacellen

Hoewel het voorkomen van diabetes duidelijk verschilt tussen mannen en vrouwen, gebruiken onderzoekers bijna uitsluitend mannelijke proefdieren om diabetes en de biologie van de betacel te bestuderen. Onze onderzoeksgroep rapporteerde als eerste dat de aanmaak van betacellen tijdens embryonale ontwikkeling en na weefselschade in volwassen muispancreas mee wordt bepaald door estradiol, een vrouwelijk steroïdhormoon. We ontdekten tevens dat de celcyclus activiteit van betacellen hoger is in vrouwelijke muizen. Op basis van deze data stellen we dat sex-afhankelijke verschillen in voorkomen van diabetes worden veroorzaakt door intrinsieke verschillen in betacellen van vrouwen versus mannen. In dit onderzoeksproject bestuderen we (i) de rol van estrogen receptor alfa signaaltransductie in mannelijke en vrouwelijke betacellen en (ii) sexueel dimorfisme in de transcriptomen van betacellen van muizen en mensen. De voornaamste reden waarom vrouwtjes worden uitgesloten in onderzoeksplannen, namelijk de bezorgdheid dat de oestrus cyclus de variabiliteit binnen de proeven vergroot, is een unieke kans om het mechanisme achter het sexueel dimorfisme in betacellen op te sporen. Daarom zullen we systematisch muizen in proestrus vergelijken met muizen in estrus en mannelijke muizen. Dit onderzoek kan bijdragen tot een sex-afhankelijke diabetestherapie. De complexiteit van de eiland micro-omgeving en de interacties met de verschillende celtypes aanwezig in de eilandjes alsook het specifiek effect van de oestrus cyclus maakt het zeer moeilijk om het gebruik van proefdieren in dit onderzoeksproject te vermijden. Desalnietemin proberen we om het direct effect van estradiol op de celcyclus van de muis en humane betacellen ook in vitro na te gaan.