Svelare i segreti del pancreas: l’imaging 3D ridefinisce la distribuzione delle cellule insulari

Svelare i segreti del pancreas: l’imaging 3D ridefinisce la distribuzione delle cellule insulari

I ricercatori dell'Università di Umeå sono riusciti a visualizzare un intero organo umano, un pancreas, con una risoluzione microscopica. Colorando diversi tipi di cellule con anticorpi e quindi esaminando l’intero organo utilizzando tecniche di imaging ottico 3D, i dati forniscono un’immagine parzialmente nuova del pancreas. I risultati possono essere di grande importanza per la ricerca sul diabete, soprattutto nello sviluppo di vari nuovi trattamenti.

Il pancreas è un organo chiave nello sviluppo del diabete, una malattia che colpisce oggi oltre mezzo miliardo di persone. Contiene milioni di piccoli gruppi di cellule, le cosiddette isole di Langerhans, il cui compito è regolare i livelli di zucchero nel sangue nel corpo. Le isole contengono principalmente cellule beta e alfa, che producono rispettivamente gli ormoni insulina e glucagone. L'insulina viene rilasciata nel flusso sanguigno e agisce come una chiave che sblocca le cellule del corpo in modo che possano assorbire lo zucchero (glucosio), la principale forma di energia del corpo, dopo un pasto. Il glucagone, a sua volta, rilascia le riserve di glucosio quando abbiamo bisogno di energia. Il glucagone, a sua volta, rilascia le riserve di glucosio quando le cellule hanno bisogno di energia. Questi due tipi di cellule comunicano anche direttamente tra loro per ottimizzare i livelli di glucosio adeguati nel corpo.

Sia le cellule di insulina che quelle di glucagone furono scoperte più di cento anni fa e per molto tempo si credette che le isole dovessero contenere entrambi i tipi di cellule per formare un'unità pienamente funzionale.

Ulf Ahlgren, Professore, Dipartimento di Biologia Medica e Traslazionale

Difficile da studiare

Poiché le isole di Langerhans, pur essendo così numerose, costituiscono solo una piccola percentuale del pancreas, è stato storicamente molto difficile esaminarle direttamente nel pancreas. Nella maggior parte dei casi, i ricercatori hanno dovuto esaminare sezioni di tessuto che forniscono solo un’immagine 2D di una porzione molto piccola dell’organo. Ora i ricercatori di Umeå hanno utilizzato tecniche ottiche 3D in grado di etichettare diversi tipi di cellule con anticorpi colorati in modo fluorescente.

Intero organo in risoluzione microscopica

"Spezzando l'intero organo in pezzi più piccoli, permettiamo agli anticorpi di arrivare dove devono andare. Poiché sappiamo da dove proviene ogni pezzo, possiamo quindi, dopo aver scansionato le diverse parti individualmente, "rimettere insieme l'intero pancreas". Ciò ci consente di eseguire una serie di calcoli e studiare quali tipi di cellule sono presenti e dove si trovano nello spazio 3D, poiché conosciamo le coordinate 3D, il loro volume, forma e altri parametri per ogni singolo oggetto contaminato in tutto l’organo”.

Nuova prospettiva sulla cellularità insulare

Oltre ai nuovi dati su come le cellule produttrici di insulina sono distribuite nel pancreas, i ricercatori ora mostrano che le cellule produttrici di glucagone non sono presenti fino al 50% delle isole di Langerhans, che contengono cellule di insulina. Ciò è in contrasto con quanto si pensava in precedenza, dove si pensava che le isole contenessero sia tipi di cellule che esprimono insulina che glucagone con la stessa isola.

Questa è stata una sorpresa per noi e credo che questi risultati potrebbero essere di grande importanza per la ricerca sul diabete. In primo luogo, mostra che le isole hanno una composizione o cellularità molto più irregolare di quanto si pensasse in precedenza. Ciò potrebbe significare che isole di composizione diversa sono specificamente specializzate per rispondere a segnali diversi e/o per operare in ambienti metabolici diversi. Naturalmente vogliamo davvero scoprirlo”, afferma Ulf Ahlgren.

"In secondo luogo, gran parte della ricerca sul diabete è condotta su isole di Langerhans isolate da donatori deceduti. Poiché dimostriamo anche che questa composizione irregolare è in gran parte correlata alla dimensione delle isole, ciò significa che i risultati di tali esperimenti potrebbero non essere completamente riflettenti." come sono strutturate e funzionano le isole del pancreas vivente. Ciò potrebbe essere potenzialmente importante per qualsiasi cosa, dai trapianti di isole per il diabete di tipo 1 agli studi che cercano di creare isole di Langerhans da cellule staminali.

Base per studi futuri

Il gruppo di ricerca continuerà ora a lavorare per verificare se i loro metodi possano essere utilizzati per determinare se anche altri tipi di cellule del pancreas sono coinvolti nella formazione delle isole in un modo precedentemente sconosciuto. Inoltre, esamineranno se le cose sono simili nei modelli murini, il che potrebbe avere un impatto sull’uso dei topi per la ricerca preclinica sul diabete.

“I metodi e i dati che stiamo ora pubblicando possono costituire una base importante per studi futuri su materiale umano per comprendere meglio cosa accade nel pancreas durante lo sviluppo del diabete di tipo 1 e di tipo 2, ma anche in malattie come il cancro al pancreas”, afferma Ulf Ahlgren.

I risultati sono pubblicati sulla rivista Nature Communications. Gli autori dell'articolo sono Joakim Lehrstrand, Wayne Davies, Max Hahn, Tomas Alanentalo e Ulf Ahlgren, tutti del Dipartimento di biologia medica e traslazionale dell'Università di Umeå, e Olle Korsgren del Dipartimento di immunologia, genetica e patologia dell'Università di Uppsala.

Fonti: