La "qualità" delle cellule β può determinare lo sviluppo del diabete?

Se ti sembra che sempre più persone che conosci soffrano di diabete, hai ragione. L'epidemia di diabete non è chiamata tale per niente: secondo l'American Diabetes Association, oltre il 10% della popolazione statunitense – circa 38,4 milioni di persone – soffriva di diabete nel 2021, con altri 1,2 milioni di persone a cui viene diagnosticata la malattia ogni anno.

Il diabete di tipo 2 si sviluppa quando l'organismo diventa resistente all'insulina, un ormone che aiuta a regolare i livelli di glucosio nel sangue. L'insulina è prodotta dalle cellule β del pancreas e, nel diabete di tipo 2, queste aumentano la produzione di insulina nel tentativo di normalizzare i livelli di zucchero, ma anche questo non è sufficiente e le cellule β alla fine si esauriscono. A causa del loro ruolo chiave, la massa funzionale delle cellule β, ovvero il loro numero totale e la loro capacità di funzionare, determina il rischio di sviluppare il diabete.

Tuttavia, le cellule β non sono uniformi nemmeno nella stessa persona: sono divise in sottotipi, ognuno dei quali differisce per attività secretoria, sopravvivenza e capacità di dividersi. In altre parole, ogni sottotipo di cellula β ha un diverso "livello di fitness" e più è alto, meglio è. Con lo sviluppo del diabete, le proporzioni di alcuni sottotipi di cellule β cambiano. Ma la domanda chiave rimane: il diabete modifica la composizione e le condizioni delle cellule β o sono questi cambiamenti a causare la malattia?

È qui che entrano in gioco gli scienziati Guoqiang Gu, Emily Hodges e Ken Lau della Vanderbilt University. Il loro recente lavoro, pubblicato sulla rivista Nature Communications, rappresenta un passo avanti verso la comprensione se la massa funzionale delle cellule β possa essere aumentata per ridurre il rischio di diabete di tipo 2. Gu e Lau sono professori di biologia cellulare e dello sviluppo, mentre Hodges è professore associato di biochimica.

Studiare i sottotipi di cellule β non è un compito facile. Il metodo più comunemente utilizzato è l'"analisi terminale di campioni a livello di singola cellula", il che significa che gli scienziati possono studiare specifiche cellule β una sola volta, e solo quando sono completamente sviluppate. Questo non ci permette di monitorare lo sviluppo dello stesso sottotipo cellulare in diverse fasi: differenziazione, maturazione, divisione, invecchiamento, morte, ecc. La capacità di osservarli in tutte le fasi fornirebbe una migliore comprensione di come lo stato delle cellule cambia nel tempo o in diverse condizioni fisiologiche.

Per superare questa limitazione, Gu, Hodges e Lau hanno sviluppato un metodo per etichettare in modo permanente le cellule progenitrici che danno origine alle cellule β con diverse combinazioni di espressione genica. Questi tag hanno permesso ai ricercatori di tracciare gli stessi sottotipi di cellule β in diverse fasi dello sviluppo e di rispondere a domande fondamentali con maggiore sicurezza.

La loro ricerca ha prodotto tre risultati principali:

1. Le cellule progenitrici che formano cellule β con diversi marcatori genetici negli embrioni di topo danno origine a sottotipi di cellule β con diversi gradi di "fitness" nei topi adulti. Questo aiuta a comprendere come si formano i sottotipi e come questo processo possa essere manipolato in futuro per aumentare la percentuale di cellule β "sane" e ridurre il rischio di diabete.
2. La dieta dei topi femmina durante la gravidanza influenza direttamente il rapporto tra cellule β ad alto e basso funzionamento nella prole. Ad esempio, se la madre segue una dieta ricca di grassi ed è obesa, la sua prole avrà meno cellule β sensibili al glucosio. Questo modello conferma che l'obesità materna aumenta il rischio di diabete nella prole. Ciò offre a medici e ricercatori una migliore comprensione del ruolo dell'ereditarietà e della salute materna.
3. I sottotipi di cellule β identificati nei topi hanno analoghi nel pancreas umano. Inoltre, il sottotipo che presenta la maggiore fitness nell'uomo è ridotto nei pazienti con diabete di tipo 2. Sebbene non tutti i risultati ottenuti sugli animali siano direttamente applicabili all'uomo, i risultati suggeriscono che i modelli murini potrebbero essere utili per comprendere la biologia umana e il diabete.

Ora i ricercatori intendono studiare esattamente come i modelli epigenetici (i marcatori di espressione genica sopra menzionati) vengono formati e mantenuti in diversi sottotipi di cellule β e come la loro interruzione influisce sulla funzione cellulare.

"Con questa e altre ricerche, in futuro potrebbe essere possibile sviluppare un integratore alimentare per le donne incinte che riduca il rischio di diabete nel bambino", afferma Gu.

Restano aperte altre importanti questioni: è possibile, ad esempio, migliorare la qualità funzionale delle cellule β-simili derivate da cellule staminali embrionali umane modulando la metilazione del DNA (uno dei marcatori epigenetici)? In tal caso, tali cellule β potrebbero essere utilizzate nella terapia dei trapianti, in cui i pazienti con diabete di tipo 2 vengono trapiantati con cellule β con un elevato livello di fitness?

Le risposte a queste domande devono ancora essere trovate.