Pankreas beta hücreleri, kan şekeri seviyelerindeki artışlara yanıt vererek insülin salgılar. Tip 1 diyabette (T1D)1 beta hücrelerinin otoimmün yıkımı veya tip 2 diyabette (T2D)2 beta hücre disfonksiyonu nedeniyle yeterli insülin üretimi olmayan hastalar tipik olarak ekzojen insülin uygulaması ile tedavi edilir. Bu hayat kurtarıcı tedaviye rağmen, iyi niyetli beta hücrelerinden dinamik insülin sekresyonu ile elde edilen kan şekerinin mükemmel kontrolüyle tam olarak eşleşemez. Bu nedenle, hastalar genellikle hayatı tehdit eden hipoglisemik atakların ve kronik hiperglisemik gezilerden kaynaklanan diğer komplikasyonların sonuçlarından muzdariptir. İnsan kadavra adacıklarının transplantasyonu, T1D hastalarında sıkı glisemik kontrolü başarılı bir şekilde geri kazandırır, ancak adacık donörlerinin mevcudiyeti ve transplantasyon için sağlıklı adacıkların saflaştırılmasındaki zorluklar nedeniyle sınırlıdır 3,4. Bu zorluk, prensip olarak, alternatif bir başlangıç malzemesi olarak hPSC'ler kullanılarak çözülebilir.
İn vitro olarak hPSC'lerden insülin salgılayan adacıklar oluşturmak için mevcut stratejiler genellikle embriyonik pankreas gelişim sürecini in vivo 5,6 taklit etmeyi amaçlamaktadır. Bu, sorumlu sinyal yollarının bilinmesini ve gelişmekte olan embriyonik pankreasın kritik aşamalarını taklit etmek için karşılık gelen çözünür faktörlerin zamanlanmış eklenmesini gerektirir. Pankreas programı, transkripsiyon faktörleri çatal başlı kutu A2 (FOXA2) ve cinsiyet belirleyici bölge Y-kutusu 17 (SOX17)7 ile işaretlenen kesin endoderm taahhüdü ile başlar. Kesin endodermin ardışık farklılaşması, pankreas ve duodenal homeobox 1'i (PDX1)7,8,9 eksprese eden bir posterior ön bağırsağa desenlenen ilkel bir bağırsak tüpünün oluşumunu ve PDX1 ve NK6 homeobox 1'i (NKX6.1)10,11 birlikte eksprese eden pankreas progenitörlerine epitelyal genişlemeyi içerir.
Endokrin adacık hücrelerine daha fazla bağlılığa, pro-endokrin ana düzenleyici nörogenin-3'ün (NGN3)12 geçici ekspresyonu ve anahtar transkripsiyon faktörlerinin kararlı indüksiyonu eşlik eder: nöronal farklılaşma 1 (NEUROD1) ve NK2 homeobox 2 (NKX2.2)13. İnsülin üreten beta hücreleri, glukagon üreten alfa hücreleri, somatostatin üreten delta hücreleri ve pankreas polipeptit üreten PPY hücreleri gibi ana hormon eksprese eden hücreler daha sonra programlanır. Bu bilgi birikiminin yanı sıra kapsamlı, yüksek verimli ilaç tarama çalışmalarından elde edilen keşiflerle, son gelişmeler, insülin salgılayabilen beta hücrelerine benzeyen hücrelerle hPSC adacıklarının üretilmesini sağlamıştır 14,15,16,17,18,19.
Glikoza duyarlı beta hücreleri üretmek için adım adım protokoller bildirilmiştir 6,14,18,19. Bu çalışmalara dayanarak, mevcut protokol, düzlemsel bir kültürde PDX1 + / NKX6.1 + pankreas progenitör hücreleri oluşturmak için bir pankreas progenitör kitinin kullanılmasını, ardından tek tip boyutlu kümeler halinde mikrokuyu plakası agregasyonunu ve statik bir 3D süspansiyon kültüründe R protokolü ile insülin salgılayan hPSC adacıklarına doğru daha fazla farklılaşmayı içerir. Farklılaşan hücrelerin titiz karakterizasyonu için akış sitometrisi, immün boyama ve fonksiyonel değerlendirme dahil olmak üzere kalite kontrol analizleri yapılır. Bu makale, yönlendirilmiş farklılaşmanın her adımının ayrıntılı bir tanımını sağlar ve in vitro karakterizasyon yaklaşımlarını ana hatlarıyla belirtir.