Stamceller og helbredelse af diabetes

Introduktion: Novo Nordisk A/S og Biotech Academy byder dig velkommen til dette projekt om stamceller og helbredelse af sukkersyge. Når du har læst projektet vil du kende til forskellige typer stamceller og vide hvordan et befrugtet æg bliver til et helt menneske. Du vil vide mere om diabetes, hvordan gensplejsede selvlysende mus hjælper forskerne og meget mere. Til sidst skal du selv lave stamceller om til forskellige celler i det virtuelle laboratorium.

 

En beskrivelse af projektets kernestof, anbefalet undervisningsforløb mm. henvendt til lærere findes her

 

 

Virtuelt stamcellelaboratorium

Efter materialet er læst, er det tid til opgaver i det virtuelle laboratorium. Der kan downloades en række opgaver og forsøgsresultater, der fører til opdagelsen af hvilke signalstoffer der skal tilsættes til en stamcellekultur, for at udvikle den til forskellige celler.

Det virtuelle laboratorium kan findes under “Opgaver og virtuelt laboratorium”.

En stor tak til Ole D. Madsen for undervisning, vejledning og kommentering gennem hele processen. Tak til Uffe Mortensen, Lise Holst, Mattias Hansson, Mikkel Morsing, Lars Rønn Olsen, Sille Larsen og Erik Both for værdifulde kommentarer og rettelser til materialet.

Teori:

Klik på knapperne nedenfor for at tilgå de forskellige teoriafsnit. Under alle teoriafsnit findes der en navigationsmenu i venstre side som kan bruges til at navigere imellem undersiderne.

  • Opgaver og virtuelt laboratorium

    Til dette projekt er tilknyttet en øvelse og et virtuelt laboratorium. Øvelsen består af en række opgaver hvis besvarelser leder til opdagelsen af signalstoffer, der kan differentiere stamceller til flere forskellige celler. I det virtuelle laboratorium er det muligt at tilsætte forskellige stoffer til en stamcellekultur, og se hvordan cellerne udvikler sig.

     

    Det virtuelle laboratorium findes her.
    Åbningsvejledning:

    – Download filen – lad være med at forsøge at åbne den endnu!

    – Åben Cloud SWF, Flash Player (foreslået tredjeparts applikation eller følg linket her; Cloud SWF Flash Player)

    – Vælg den downloadede fil 

    – Hvis du ikke har en Flash Player installeret, vælg da No Emulator -> Flash Emulator 1 eller Flash Emulator 2

    – Hvis nødvendigt, slå AdBlock fra for hjemmesiden

    – Tryk Refresh

    – Det Virtuelle Laboratorium er nu klar til brug. 

     

    Opgaver og rapportvejledning findes her.

    Opgaverne baserer sig på de forsøg der foregår i forskningsverdenen, men både historien, forsøg og forsøgsdata er fiktive. Flere steder i materialet er der derfor faktaboxe, med fakta om det pågældende emne.

    DNA-sekvenser til brug i opgave 6 “Antisense RNA forsøg” findes her.

     

    Lærervejledning findes her

     

  • Ordforklaring

    Her findes en forklaring af de fleste vigtige ord fra teorimaterialet

    Aktivator: Et protein der kan binde til et DNA, og sørge for at bestemte gener bliver udtrykt (aktiveret).

    Alfa-celler: Hormonproducerende celler i bugspytkirtlen der udskiller glukagon.

    Antigener: Overfladeproteiner på en celle. Disse proteiner danner en slags stregkode, som immunforsvaret kan genkende.

    Betaceller: Hormonproducerende celler i bugspytkirtlen der udskiller insulin.

    Blastocyst: Når det befrugtede æg har delt sig og består af ca. 100 celler kaldes det en blastocyst. Fra den indre cellemasse i blastocysten udtages embryonale stamceller.

    Bugspytkirtel: Bugspytkirtlen sidder lige under mavesækken, og består af forskellige hormon- og enzymproducerende celler. Bl.a. fordøjelsesenzymer, insulin og glukagon produceres her.

    C-peptid: Den del af proinsulin-proteinet, der fjernes for at lave insulin. C-peptidet har ingen rolle efter det er skåret fra, men hjælper til at insulinmolekylet foldes rigtigt.

    Celleterapi: Terapeutiske celler indopereres eller indsprøjtes i blodet på en patient, for at behandle en sygdom.

    Dendritiske celler: En del af immunforsvaret hvor dens rolle er at identificere fremmede celler, og derefter aktivere andre immunceller.

    Diabetes 1: En sygdom karakteriseret ved højt blodsukker fordi betacellerne i bugspytkirtlen producerer ingen eller næsten ingen insulin. Dette skyldes normalt at betacellerne bliver angrebet af patientens eget immunforsvar (diabetes 1 er en autoimmun sygdom).

    Diabetes 2: En sygdom karakteriseret ved højere blodsukker end normalt fordi betacellerne i bugspytkirtlen ikke producerer nok insulin, eller fordi kroppens celler ikke reagerer normalt på insulinpåvirkning.

    Differentiere: At en celle differentierer sig til en ny celle betyder, at den deler sig og udvikler sig til en ny celletype, der er mere specialeret og har færre muligheder for at udvikle sig til nye celletyper.

    Ectoderm: Det ydre af de tre cellelag der opstår når det befrugtede æg har delt sig til det stadie der kaldes en gastrula. Udvikles til bl.a. hud og nerveceller.

    Embryo: Betegner stadiet fra et æg befrugtes til der er tale om et egentligt foster. Ofte sættes skillelinjen mellem et menneskeligt embryo og foster til 8. uge efter ægget befrugtes.

    Embryonale stamceller: Pluripotente stamceller taget fra den indre cellemasse af en blastocyst.

    Endoderm: Det indre af de tre cellelag der opstår når det befrugtede æg har delt sig til det stadie der kaldes en gastrula. Udvikles til bl.a. lunge-, tarm-, lever- og bugspytskirtelceller.

    ES-celler: Forkortelse for Embryonale Stamceller.

    GFP: Grønt Fluorescerende Protein. Lyser grønt når det bestråles med UV-lys. GFP-genet bruges meget som et såkaldt rapporter-gen – det afslører bestemte processer i cellen.

    Glukagon: Et hormon udskilt alfaceller i bugspytkirtlen, der stimulerer et øget blodsukker niveau – det har den omvendte virkning af insulin.

    Homeostase: Den præcist justerede balance mellem insulin og glukagon, der sørger for at blodsukkeret altid ligger på det rigtige niveau.

    Hypoglykæmi: Unormalt lavt blodsukker, ofte pga. for højt insulinindhold i blodet. Kan fører til at patienten besvimer.

    Immunosuppressive stoffer: Stoffer der undertrykker immunforsvaret. Bruges ofte for at sikre at transplanterede organer eller celler ikke afstødes af immunforsvaret.

    Inducerede pluripotente stamceller (iPS-celler): Kropsceller (fx hudceller) der er omprogrammeret til pluripotente stamceller.

    Insulin: Et hormon udskilt betaceller i bugspytkirtlen, der stimulerer et lavere blodsukker niveau, bl.a. ved at signalere at lever- og muskelceller skal optage og lagre glukose.

    Knockout-mus: En mus hvor et bestemt gen er fjernet (knock-out’et)

    Kræft: Når enkelte celler begynder at vokse ukontrolleret, og derved beskadiger raske celler i kroppen opstår kræft.

    Mesoderm: Det midterste af de tre cellelag der opstår når det befrugtede æg har delt sig til det stadie der kaldes en gastrula. Udvikles til bl.a. blodceller, knogleceller og muskelceller.

    Messenger RNA, mRNA: RNA der koder for proteiner. mRNA bringer koden for proteiner fra arvematerialet (DNA) til cytoplasmaet.

    Moderkage: Moderkagen supplerer via navlestrengen det udviklende foster med næring og ilt.

    Morula: Et embryo ca. 3-4 dage efter at ægget er befrugtet.

    Multipotent stamcelle: Stamceller der kan udvikle sig til nogle få nært beslægtede celletyper. F.eks. er der multipotente stamceller i knoglemarven der kan danne forskellige typer blodceller.

    Navlestrengsstamceller: Fra navlestrengen kan udtages stamceller magen til dem der findes i knoglemarven.

    Neurogenin3 (Ngn3): En transkriptionsfaktor der specifikt er aktiv i de fosterceller der senere differentierer sig til cellerne i bugspytkirtlen.

    Osmose: Vand vil bevæge sig mod høje koncentrationer af glukose og andre molekyler. En høj sukkerkoncentration uden for cellerne trækker vand ud, mens en lavere sukkerkoncentration uden for end inden i cellen, trækker vand ind i cellerne.

    Patient-specifikke celler: Celler der er identiske med patientens egne celler, og som derfor ikke afstødes af immunforsvaret.

    Pdx1: En transkriptionsfaktor der specifikt er aktiv i de fosterceller der senere differentierer sig til cellerne i bugspytkirtlen.

    Pluripotent stamcelle: Stamceller der kan differentiere sig til alle celler i organismen. Dog kan pluripotente stamceller ikke differentiere sig til navlestreng og moderkage.

    Proinsulin: Proinsulin kan omdannes til insulin, ved at der fraskæres et stykke af proinsulinmolekylet. Dette sikrer at insulinmolekylet foldes rigtigt.

    Repressor: En repressor kan binde sig til DNA og deaktivere bestemte gener. Når repressoren er bundet til et bestemt gen bliver det derfor ikke udtrykt.

    Reproduktiv kloning: En kerne fra en kropscelle indsættes i et æg hvor kernen er fjernet. Ægget tror herefter at det er befrugtet, og vil udvikle sig til et foster. Dette foster bliver til en klon af patienten der donerede kropscellen, da det har stort set det samme DNA.

    Senkomplikationer af diabetes: Hvis blodsukkeret ikke reguleres helt præcist, opstår der senkomplikationer, som først viser sig efter flere år. Symptomer kan komme ved båe type 1 og type 2 diabetes, og inkluderer bl.a. blindhed, nyresvigt, sår der ikke heler, koldbrand og blodpropper i hjerne og hjerte.

    Signalprotein: Et protein der sender et signal til bestemte celler. Signalstoffet virker ved at binde sig til receptorer på overfladen af bestemte celler, hvorefter det udløser en reaktion inden i cellen.

    Stamcelle: En stamcelle er en celle, der kan differentiere sig (dele sig og udvikle sig) til mange forskellige celletyper i kroppen.

    Stamcelleterapi: Brugen af stamceller til at helbrede sygdomme ved at erstatte syge eller døde celler i en patient.

    Sukkersyge: Diabetes kaldes også sukkersyge, og opstår når blodsukkeret ikke reguleres rigtigt. Diabetespatienter danner for lidt af hormonet insulin, der regulerer blodsukkeret.

    Terapeutisk kloning: En kerne fra en kropscelle indsættes i et æg hvor kernen er fjernet. Ægget tror herefter at det er befrugtet, og vil udvikle sig. Embryonale stamceller kan udtages når det befrugtede æg er udviklet til en blastocyst, og bruges til stamcelleterapi.

    Terapeutiske celler: Celler der kan bruges til medicinsk behandling (terapi) af en sygdom, fx nerveceller til Parkinsons sygdom og betaceller til diabetes.

    Teratom: Teratomer opstår når celler vokser et sted på kroppen, hvor de normalt ikke bør vokse

    Totipotent stamcelle: Totipotent stamceller kan danne alle celler i et menneske samt navlestreng og moderkage. De rummer derfor muligheden for at danne et helt nyt menneske.

    Transkription: Processen hvor DNA-strengens sekvens omskrives til RNA.

    Transkriptionsfaktor: En transkriptionsfaktor er et protein, der kan binde til et gen og derved bestemme, om genet bliver udtrykt.

    Translation: Processen hvor mRNA sekvensen oversættes til protein. Translation er en kompliceret enzymatisk process, der katalyseres af ribosomet.

    Udviklingsbiologi: Formålet med udviklingsbiologien er at finde ud af, hvordan det befrugtede æg bliver til alle de forskellige specialiserede celler i vores krop, og hvordan cellerne organiseres, så de ligger de rigtige steder.

    Unipotent celle: Unipotente celler kan dele sig, og dermed danne flere af samme slags celletype.

    Vesikel: Små beholder i cellen, der bl.a. kan indeholde insulin.

    Virus: En virus kan indsætte gener i bestemte celler, og derved overtage kontrollen med cellerne. Virussen overtager herved kontrollen med cellen, og får den til at producere nye viruspartikler, der kan inficerer flere celler.

    Voksne stamceller: Stamceller der findes i kroppen på voksne mennesker.

Kildehenvisning:
Dette projekt blev udgivet i januar 2014. Det er udarbejdet af Biotech Academy og er blevet opdateret løbende.

null

Allan E. Karlsen er Vice President for Diabetes Biologi-afdelingen hos Novo Nordisk.

Allan E. Karlsen

null

Ole D. Madsen er forskningsdirektør på Hagedorn research institute der er en del af Novo Nordisk. På Hagedorn forskes i at helbrede diabetes ved at gendanne betacellerne der er døde i diabetespatienter, med særlig fokus på stamcelleterapi.

Ole D. Madsen

null

Mattias Hansson arbejder som projektleder og forsøger at styre differentieringen af stamceller til insulin-producerende beta-celler for Novo Nordisk

Mattias Hansson

null

Lise Holst er bioetikchef hos Novo Nordisk. Hun arbejder med at finde de mest optimale løsninger på en række etiske dilemmaer samt at sikre en ansvarlig adfærd i forbindelse med forskning.

Lise Holst

null

Institut for Systembiologi har Danmarks største biovidenskabelige og bioteknologiske forskning på universitetsniveau.
Instituttet har været partner og sponsor på projektet.

Institut for Systembiologi