Enthüllung der Geheimnisse der Bauchspeicheldrüse: 3D-Bildgebung definiert die Verteilung von Inselzellen neu

Forschern der Universität Umeå ist es gelungen, ein gesamtes menschliches Organ, eine Bauchspeicheldrüse, in mikroskopischer Auflösung abzubilden. Durch die Anfärbung verschiedener Zelltypen mit Antikörpern und die anschließende Untersuchung des gesamten Organs mithilfe optischer 3D-Bildgebungstechniken liefern ihre Daten ein teilweise neues Bild der Bauchspeicheldrüse. Die Ergebnisse können für die Diabetesforschung von großer Bedeutung sein, insbesondere bei der Entwicklung verschiedener neuer Behandlungsformen.

Die Bauchspeicheldrüse ist ein Schlüsselorgan für die Entstehung von Diabetes, einer Krankheit, von der heute über eine halbe Milliarde Menschen betroffen sind. Es enthält Millionen kleiner Zellverbände, die sogenannten Langerhans-Inseln, deren Aufgabe es ist, den Blutzuckerspiegel im Körper zu regulieren. Die Inseln enthalten hauptsächlich Beta- und Alphazellen, die die Hormone Insulin bzw. Glucagon produzieren. Insulin wird in den Blutkreislauf ausgeschüttet und wirkt wie ein Schlüssel, der die Körperzellen aufschließt, damit sie nach einer Mahlzeit Zucker (Glukose) aufnehmen können, die Hauptenergieform des Körpers. Glucagon wiederum setzt Glukosespeicher frei, wenn wir Energie benötigen. Glucagon wiederum setzt Glukosespeicher frei, wenn Zellen Energie benötigen. Diese beiden Zelltypen kommunizieren auch direkt miteinander, um den richtigen Glukosespiegel im Körper zu optimieren.

Sowohl Insulin- als auch Glucagonzellen wurden vor über hundert Jahren entdeckt und man glaubte lange, dass die Inseln beide Zelltypen enthalten sollten, um eine voll funktionsfähige Einheit zu bilden.

Ulf Ahlgren, Professor, Abteilung für Medizinische und Translationale Biologie

Schwer zu studieren

Da die Langerhans-Inseln nur wenige Prozent der Bauchspeicheldrüse ausmachen, obwohl sie in so großer Zahl vorkommen, war es in der Vergangenheit sehr schwierig, sie direkt in der Bauchspeicheldrüse zu untersuchen. In den meisten Fällen mussten Forscher Gewebeschnitte untersuchen, die nur ein 2D-Bild eines sehr kleinen Teils des Organs liefern. Jetzt haben Umeå-Forscher optische 3D-Techniken eingesetzt, mit denen verschiedene Zelltypen mit fluoreszierend gefärbten Antikörpern markiert werden können.

Gesamtes Organ in mikroskopischer Auflösung

„Indem wir das gesamte Organ in kleinere Teile aufteilen, ermöglichen wir es den Antikörpern, dorthin zu gelangen, wo sie hin müssen. Da wir wissen, wo jedes Stück herkommt, können wir dann, nachdem wir die verschiedenen Teile einzeln gescannt haben, die gesamte Bauchspeicheldrüse wieder „zusammensetzen“. Dies ermöglicht es uns, eine Vielzahl von Berechnungen durchzuführen und zu untersuchen, welche Zelltypen vorhanden sind und wo sie sich im 3D-Raum befinden, da wir die 3D-Koordinaten, ihr Volumen, ihre Form und andere Parameter für jeden einzelnen kennen verschmutzter Gegenstand in der gesamten Orgel.“

Neue Sicht auf die Zellularität von Inseln

Zusätzlich zu neuen Daten darüber, wie Insulin produzierende Zellen in der Bauchspeicheldrüse verteilt sind, zeigen die Forscher nun, dass Glucagon produzierende Zellen nicht in bis zu 50 % der Langerhans-Inseln vorhanden sind, die Insulinzellen enthalten. Dies steht im Gegensatz zu dem, was bisher angenommen wurde, wo angenommen wurde, dass Inseln sowohl Insulin- als auch Glucagon-exprimierende Zelltypen mit derselben Insel enthalten.

Das war eine Überraschung für uns und ich glaube, dass diese Ergebnisse für die Diabetesforschung von großer Bedeutung sein könnten. Erstens zeigt es, dass die Inseln eine viel ungleichmäßigere Zusammensetzung oder Zellularität aufweisen als bisher angenommen. Dies könnte bedeuten, dass Inseln unterschiedlicher Zusammensetzung speziell darauf spezialisiert sind, auf unterschiedliche Signale zu reagieren und/oder in unterschiedlichen Stoffwechselumgebungen zu agieren. Das wollen wir natürlich unbedingt herausfinden“, sagt Ulf Ahlgren.

„Zweitens wird ein großer Teil der Forschung im Diabetesbereich an isolierten Langerhans-Inseln von verstorbenen Spendern durchgeführt. Da wir auch zeigen, dass diese ungleichmäßige Zusammensetzung größtenteils mit der Inselgröße zusammenhängt, bedeutet dies, dass die Ergebnisse solcher Experimente möglicherweise nicht vollständig widerspiegeln.“ wie die Inseln in der lebenden Bauchspeicheldrüse strukturiert sind und funktionieren. Dies könnte möglicherweise für alles von Bedeutung sein, von Inseltransplantationen bei Typ-1-Diabetes bis hin zu Studien, die versuchen, Langerhans-Inseln aus Stammzellen herzustellen.

Grundlage für zukünftige Studien

Das Forschungsteam wird nun weiter daran arbeiten, ob sich mit seinen Methoden feststellen lässt, ob auch andere Zelltypen in der Bauchspeicheldrüse in einer bisher nicht bekannten Weise an der Bildung der Inseln beteiligt sind. Darüber hinaus werden sie untersuchen, ob es in Mausmodellen ähnlich aussieht, was sich auf den Einsatz von Mäusen für die präklinische Diabetesforschung auswirken könnte.

„Die Methoden und Daten, die wir jetzt veröffentlichen, können eine wichtige Grundlage für zukünftige Studien an menschlichem Material bilden, um besser zu verstehen, was in der Bauchspeicheldrüse bei der Entstehung von Typ-1- und Typ-2-Diabetes, aber auch bei Krankheiten wie … passiert Bauchspeicheldrüsenkrebs“, sagt Ulf Ahlgren.

Die Ergebnisse werden in der Fachzeitschrift Nature Communications veröffentlicht. Die Autoren des Artikels sind Joakim Lehrstrand, Wayne Davies, Max Hahn, Tomas Alanentalo und Ulf Ahlgren, alle von der Abteilung für Medizinische und Translationale Biologie der Universität Umeå, und Olle Korsgren von der Abteilung für Immunologie, Genetik und Pathologie der Universität Uppsala.

Quellen: