Αποκαλύπτοντας τα μυστικά του παγκρέατος: Η τρισδιάστατη απεικόνιση επαναπροσδιορίζει την κατανομή των κυττάρων των νησίδων

Αποκαλύπτοντας τα μυστικά του παγκρέατος: Η τρισδιάστατη απεικόνιση επαναπροσδιορίζει την κατανομή των κυττάρων των νησίδων

Ερευνητές στο Πανεπιστήμιο Umeå κατάφεραν να απεικονίσουν ένα ολόκληρο ανθρώπινο όργανο, ένα πάγκρεας, σε μικροσκοπική ανάλυση. Χρωματίζοντας διαφορετικούς τύπους κυττάρων με αντισώματα και στη συνέχεια εξετάζοντας ολόκληρο το όργανο χρησιμοποιώντας τεχνικές τρισδιάστατης οπτικής απεικόνισης, τα δεδομένα τους παρέχουν μια εν μέρει νέα εικόνα του παγκρέατος. Τα αποτελέσματα μπορεί να έχουν μεγάλη σημασία για την έρευνα για τον διαβήτη, ειδικά στην ανάπτυξη διαφόρων νέων θεραπειών.

Το πάγκρεας είναι ένα βασικό όργανο στην ανάπτυξη του διαβήτη, μιας ασθένειας που επηρεάζει πάνω από μισό δισεκατομμύριο ανθρώπους σήμερα. Περιέχει εκατομμύρια ομάδες μικρών κυττάρων, τις λεγόμενες νησίδες Langerhans, των οποίων η δουλειά είναι να ρυθμίζουν τα επίπεδα σακχάρου στο αίμα στο σώμα. Οι νησίδες περιέχουν κυρίως βήτα και άλφα κύτταρα, τα οποία παράγουν τις ορμόνες ινσουλίνη και γλυκαγόνη, αντίστοιχα. Η ινσουλίνη απελευθερώνεται στην κυκλοφορία του αίματος και λειτουργεί σαν ένα κλειδί που ξεκλειδώνει τα κύτταρα του σώματος, ώστε να μπορούν να απορροφήσουν τη ζάχαρη (γλυκόζη), την κύρια μορφή ενέργειας του σώματος, μετά από ένα γεύμα. Η γλυκαγόνη, με τη σειρά της, απελευθερώνει αποθέματα γλυκόζης όταν χρειαζόμαστε ενέργεια. Το γλυκαγόνο, με τη σειρά του, απελευθερώνει αποθέματα γλυκόζης όταν τα κύτταρα χρειάζονται ενέργεια. Αυτοί οι δύο τύποι κυττάρων επικοινωνούν επίσης απευθείας μεταξύ τους για να βελτιστοποιήσουν τα σωστά επίπεδα γλυκόζης στο σώμα.

Τόσο τα κύτταρα ινσουλίνης όσο και τα κύτταρα γλυκαγόνης ανακαλύφθηκαν πριν από εκατό χρόνια και πίστευαν από καιρό ότι οι νησίδες θα έπρεπε να περιέχουν και τους δύο τύπους κυττάρων για να σχηματίσουν μια πλήρως λειτουργική μονάδα.

Ulf Ahlgren, Καθηγητής, Τμήμα Ιατρικής και Μεταφραστικής Βιολογίας

Δύσκολο στη μελέτη

Επειδή οι νησίδες Langerhans αποτελούν μόνο ένα μικρό ποσοστό του παγκρέατος παρά το γεγονός ότι είναι τόσο πολλές, ιστορικά ήταν πολύ δύσκολο να εξεταστούν απευθείας στο πάγκρεας. Στις περισσότερες περιπτώσεις, οι ερευνητές χρειάστηκε να εξετάσουν τμήματα ιστού που παρέχουν μόνο μια 2D εικόνα ενός πολύ μικρού τμήματος του οργάνου. Τώρα οι ερευνητές της Umeå έχουν χρησιμοποιήσει τρισδιάστατες οπτικές τεχνικές που μπορούν να επισημάνουν διαφορετικούς τύπους κυττάρων με αντισώματα με φθορίζον χρώμα.

Ολόκληρο όργανο σε μικροσκοπική ανάλυση

"Με το σπάσιμο ολόκληρου του οργάνου σε μικρότερα κομμάτια, επιτρέπουμε στα αντισώματα να φτάσουν εκεί που πρέπει. Επειδή ξέρουμε από πού προέρχεται το κάθε κομμάτι, μπορούμε στη συνέχεια, αφού σαρώσουμε τα διάφορα μέρη ξεχωριστά, "να ξανασυνθέσουμε ολόκληρο το πάγκρεας". Αυτό μας επιτρέπει να εκτελέσουμε μια ποικιλία υπολογισμών και να μελετήσουμε ποιοι τύποι κυττάρων υπάρχουν και πού βρίσκονται στον τρισδιάστατο χώρο, όπως γνωρίζουμε τις τρισδιάστατες συντεταγμένες, τον όγκο, το σχήμα και άλλες παραμέτρους για κάθε μολυσμένο αντικείμενο σε όλο το όργανο».

Νέα προοπτική για την κυτταρικότητα του νησιού

Εκτός από τα νέα δεδομένα για τον τρόπο με τον οποίο τα κύτταρα που παράγουν ινσουλίνη κατανέμονται στο πάγκρεας, οι ερευνητές δείχνουν τώρα ότι κύτταρα που παράγουν γλυκαγόνη δεν υπάρχουν σε έως και 50% των νησίδων Langerhans, τα οποία περιέχουν κύτταρα ινσουλίνης. Αυτό έρχεται σε αντίθεση με ό,τι πιστευόταν προηγουμένως, όπου οι νησίδες θεωρούνταν ότι περιέχουν και κυτταρικούς τύπους που εκφράζουν ινσουλίνη και γλυκαγόνη με την ίδια νησίδα.

Αυτό ήταν μια έκπληξη για εμάς και πιστεύω ότι αυτά τα αποτελέσματα θα μπορούσαν να έχουν μεγάλη σημασία για την έρευνα για τον διαβήτη. Πρώτον, δείχνει ότι τα νησιά έχουν πολύ πιο αποσπασματική σύνθεση ή κυτταρικότητα από ό,τι πιστεύαμε προηγουμένως. Αυτό θα μπορούσε να σημαίνει ότι τα νησιά διαφορετικής σύνθεσης είναι ειδικά εξειδικευμένα για να ανταποκρίνονται σε διαφορετικά σήματα ή/και να λειτουργούν σε διαφορετικά μεταβολικά περιβάλλοντα. Φυσικά θέλουμε πολύ να το μάθουμε», λέει ο Ulf Ahlgren.

"Δεύτερον, μεγάλο μέρος της έρευνας για τον διαβήτη διεξάγεται σε μεμονωμένες νησίδες Langerhans από νεκρούς δότες. Εφόσον δείχνουμε επίσης ότι αυτή η ανομοιόμορφη σύνθεση σχετίζεται σε μεγάλο βαθμό με το μέγεθος των νησίδων, αυτό σημαίνει ότι τα αποτελέσματα τέτοιων πειραμάτων μπορεί να μην είναι πλήρως αντανακλαστικά." πώς είναι δομημένες και λειτουργούν οι νησίδες στο ζωντανό πάγκρεας. Αυτό θα μπορούσε ενδεχομένως να είναι σημαντικό για τα πάντα, από μεταμοσχεύσεις νησίδων για διαβήτη τύπου 1 έως μελέτες που προσπαθούν να δημιουργήσουν νησίδες Langerhans από βλαστοκύτταρα.

Βάση για μελλοντικές μελέτες

Η ερευνητική ομάδα θα συνεχίσει τώρα να εργάζεται για το εάν οι μέθοδοί τους μπορούν να χρησιμοποιηθούν για να προσδιοριστεί εάν άλλοι τύποι κυττάρων στο πάγκρεας εμπλέκονται επίσης στο σχηματισμό των νησίδων με έναν άγνωστο μέχρι τώρα τρόπο. Επιπλέον, θα διερευνήσουν εάν τα πράγματα είναι παρόμοια σε μοντέλα ποντικιών, κάτι που θα μπορούσε να επηρεάσει τη χρήση ποντικών για προκλινική έρευνα για τον διαβήτη.

«Οι μέθοδοι και τα δεδομένα που δημοσιεύουμε τώρα μπορούν να αποτελέσουν μια σημαντική βάση για μελλοντικές μελέτες σε ανθρώπινο υλικό για να κατανοήσουμε καλύτερα τι συμβαίνει στο πάγκρεας κατά την ανάπτυξη του διαβήτη τύπου 1 και τύπου 2, αλλά και σε ασθένειες όπως ο καρκίνος του παγκρέατος», λέει ο Ulf Ahlgren.

Τα αποτελέσματα δημοσιεύονται στο περιοδικό Nature Communications. Οι συγγραφείς του άρθρου είναι οι Joakim Lehrstrand, Wayne Davies, Max Hahn, Tomas Alanentalo και Ulf Ahlgren, όλοι από το Τμήμα Ιατρικής και Μεταφραστικής Βιολογίας του Πανεπιστημίου Umeå και Olle Korsgren από το Τμήμα Ανοσολογίας, Γενετικής και Παθολογίας του Πανεπιστημίου της Ουψάλα.

Πηγές: